07 Speckle-Messtechnik

Question 1

Entstehung von Speckles

Answer 1

◼ wird eine raue Oberfläche mit kohärentem Licht beleuchtet,
so sieht diese Oberfläche körnig aus → Speckles (pl.)

◼ rau = Oberfläche hat eine Rauigkeit mindestens in der
Größenordnung der Wellenlänge

◼ jeder Punkt der Oberfläche, der vom Laserlicht bestrahlt wird, streut dieses Licht mit einer bestimmten Phasenlage
relativ zur Phase der einfallenden Welle

◼ aufgrund der Rauigkeit ist die Phase über der Oberfläche statistisch verteilt; zwei willkürliche Punkte P1, P2 auf der
Oberfläche werden betrachtet

◼ die von den Punkten ausgehenden Wellen erzeugen ein Interferenzstreifenmuster ähnlich demjenigen des
Doppelspalts

Question 2

kleinster Durchmesser der Speckles auf dem Schirm

- Formel

Answer 2

𝜙 ≈𝜆/𝐷 *𝑏

Blende mit Durchmesser 𝐷
Abstand Blende Bildschirm b

Question 3

Speckle-Fotografie

- Varianten

Answer 3

zwei Varianten:

a) abbildende Speckle-Fotografie
b) unfokussierte Speckle-Fotografie

Question 4

Beziehung Interferenzstreifenabstand Verschiebung
bei der Speckle-Verschiebung
- Formel

Answer 4

Δ𝑥_𝑜𝑠 = 𝜆/(𝑑_𝑓𝑝)

Δ𝑥𝑜𝑠 = Interferenzstreifenabstand am "observation screen"
𝑑𝑓𝑝 = Verschiebung

Question 5

Beugungsmuster (Durchmesser) bei Speckles an einer Kreisblende

Answer 5

𝐷_𝐾 = 2,44 *𝜆/(𝑑_𝑠𝑝) *𝐿

Question 6

Unfokussierte Speckle-Fotografie*

Answer 6

◼ Objekt wird mit ebener Laserwelle beleuchtet; Beobachtungsebene liegt in der Brennebene der Linse
◼ Objekt im Zustand 1, Streuwellen von den Punkten P und O führen an einer Stelle zu einem Maximum S in der
Beobachtungsebene
◼ wird das Objekt verkippt von Zustand 1 nach 2, so ändert sich die Phasenbeziehung zwischen P´ und O

Question 7

Speckle-Interferometrie

- Prinzip

Answer 7

◼ Prinzip: Michelson-Interferometer; Aufspaltung einer ebenen
Welle mit Strahlteiler, beide Wellen beleuchten jeweils eine
streuende Oberfläche (Messobjekt und Referenzobjekt)
◼ Überlagerung und Abbildung in Bildebene, dort entsteht
Interferenz → Speckle-Muster
◼ Unterschied zu Speckle-Fotografie: Referenzwelle
→ Korrelationsstreifen

Question 8

Speckle-Interferometrie

• Formel Intensität nach der Verschiebung
• Formel für Phasenunterschied

Answer 8

𝑀_2 = 𝐼_𝑚 + 𝐼_𝑟 + 2sqrt( 𝐼_𝑚𝐼_𝑟) * cos(𝜗𝑚 − 𝜗𝑟 + 𝜙)

𝜙(𝑥, 𝑦) = 2𝜋/𝜆 2𝑑_𝑧(𝑥, 𝑦)

Question 9

Phasenänderung 𝜙 der an einem Punkt eines Objekts gestreuten Welle aufgrund einer Objektverschiebung 𝑑
- Formel

Answer 9

𝜙 = (𝑘 − 𝑘′) ⋅ 𝑑

Question 10

Wellenvektoren

- Formel

Answer 10

𝑘 = 2𝜋/𝜆 ( −sin(𝛼)𝑒_𝑥 − cos(𝛼)*𝑒_𝑧 )