La interferometría heterodina, ¿una alternativa?

Question

Estoy intentando montar un interferómetro para controlar los desplazamientos e inclinaciones entre dos superficies. Me cuesta bastante porque nunca he estudiado la óptica en profundidad. He encontrado en este documento ( https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/25/7/075205/meta ) una forma de medir tres grados de libertad (guiñada, cabeceo, separación) mediante interferometría heterodina.

En esta imagen, el haz rojo es la referencia y el azul es el haz de medición. Las inclinaciones y los desplazamientos se calculan mediante (D)PLL.

Mi objetivo es minimizar los costes del sistema, y el modulador acústico-óptico (AOM) parece ser bastante caro. ¿Funcionaría igual con dos fuentes láser de diferente longitud de onda (rojo y verde)? ¿Interferirían los haces? ¿Cómo se comportarían los haces? ¿Cuál es la diferencia de frecuencia típica en las señales heterodinas?

Answer 1

Sí, se podrían utilizar dos fuentes de láser diferentes para dicho experimento.

Idealmente, en un interferómetro heterodino los haces que interfieren tendrán un desplazamiento de frecuencia fijo, dando lugar a una señal beatnote de frecuencia fija de cuyas variaciones de fase se puede extraer la fase interferométrica.

Esto se puede conseguir fácilmente utilizando una única fuente láser y uno o dos AOM accionados por una fuente de rf. Con dos fuentes láser separadas se obtendría, en principio, una señal beatnote cuya frecuencia varía en función del ruido de frecuencia de funcionamiento libre de las dos fuentes, lo que probablemente no sea adecuado. Sin embargo, se podría implementar un bloqueo de fase compensado entre las dos fuentes, para lo cual se podría utilizar una electrónica similar a la utilizada para la lectura de fase. Una vez hecho esto, tu interferómetro será ópticamente equivalente a uno construido con una sola fuente láser y dos AOM.

En cuanto a las frecuencias típicas, eso dependerá de la electrónica utilizada para la lectura de la fase. Normalmente se encuentra en el rango de decenas de kHz a cientos de MHz. Dado que el desplazamiento de la frecuencia es tan pequeño en comparación con la frecuencia óptica, es conveniente utilizar fuentes láser de la misma frecuencia nominal.

Sin embargo, los AOM son mucho menos costosos que una fuente láser promedio y simplifican la configuración electrónica, por lo que son un recurso típico en la interferometría heterodina.