Axel Donges Reinhard Noll. Lasermeßtechnik. Grundlagen und Anwendungen. Hüthig Buch Verlag Heidelberg

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1 Axel Donges Reinhard Noll Lasermeßtechnik Grundlagen und Anwendungen Hüthig Buch Verlag Heidelberg

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 Einleitung Optische Meßtechnik und Lasermeßtechnik Prinzipieller Meßaufbau 2 2 Eigenschaften der Laserstrahlung Licht als elektromagnetische Welle Strahlparameter Intensität Phasenwinkel Ausbreitungsrichtung Wellenlänge Polarisation Beugung Spalt Lochblende Doppelspalt Gitter Kohärenz Definition Messung der zeitlichen Kohärenz Messung der räumlichen Kohärenz Vergleich Laserstrahlung - thermisches Licht GAUßscher Strahl Beschreibung des GAUßschen Strahls Höhere transversale Moden Strahlqualität Strahlparameter spezieller Lasersysteme Gefahren der Laserstrahlung 35 3 Wechselwirkung Laserstrahlung - Materie Teilchencharakter des Lichts Reflexion und Brechung Brechungsindex Reflexion und Brechung an einer ebenen Grenzfläche Reflexion an rauhen Oberflächen Doppelbrechung Absorption Lichtstreuung RAYLEIGH- Streuung MiE-Streuung RAMAN-Streuung Frequenzverdopplung Optischer DOPPLER-Effekt 59 4 Strahlformung und -führung Optische Elemente zur Strahlmodulation 60 V

3 VIII Inhaltsverzeichnis Strahlablenkung und -teilung Veränderung der Polarisation Modulation der Intensität Wellenlängenmodulation Phasenschieber Ausbreitung GAUßscher Strahlen ABCD-Gesetz Fokussierung Strahlaufweitung Optische Fasern Gradientenfaser Stufenindexfaser Absorptions- und Dispersionsverhalten optischer Fasern 92 5 Detektion elektromagnetischer Strahlung Thermische Detektoren Thermoelement und Thermosäule Bolometer Pyroelektrische Detektoren Photoelektrische Detektoren Photozelle Photomultiplier Kanalelektronenvervielfacher Halbleiterdetektoren Photowiderstand Photoelement und Photodiode Ortsauflösende Detektoren Fotografische Schichten Phasenmodulierende Aufzeichnungsmaterialien Strahlungskonverter Bildwandler Selbstauslesende Festkörperbildsensoren Lateraleffektdiode Messung von Detektorsignalen Breitbandige Signale Impedanzwandlung Strom-Spannungswandlung Zusammenfassung und Vergleich Laser-Interferometrie Grundlagen der Interferometrie Superpositionsprinzip und komplexe Schreibweise Prinzip eines Laser-Interferometers Abstandsmessungen mit einem Laser-Interferometer Polarisationsinterferometer Doppelfrequenzinterferometer Die Wellenlänge als Längenmaßstab Meßbereich und Meßgenauigkeit Winkelmessungen mit einem Laser-Interferometer Geradheitsmessung 154

4 Inhaltsverzeichnis IX Anwendungsbeispiele TWYMAN-GREEN-Interferometer Holografische Interferometrie Prinzip der Holografie Prinzip der holografischen Interferometrie Doppelbelichtungsverfahren Echtzeitverfahren Interpretation und Auswertung Empfindlichkeitsvektor Interferenzstreifenmuster bei Objekttranslation und Objektrotation Phasenshiftverfahren Meßaufbau für die holografische Interferometrie und Anwendungsbeispiele Meßaufbau Anwendungsbeispiele Speckle-Meßtechnik Entstehung von Speckies Speckle-Fotografie Abbildende Speckle-Fotografie Unfokussierte Speckle-Fotografie Speckle-Interferometrie Prinzip Speckle-Interferometer Elektronische Speckle-Interferometrie Zeitmittelungsverfahren Anwendungsbeispiele Laser-Triangulation Prinzip der Laser-Triangulation SCHEIMPFLUG-Bedingung Kennlinie eines Triangulationssensors Einflußgrößen bei der Laser-Triangulation Strahlverlauf des Laserstrahls Eigenschaften der Objektoberfläche Abbildungsfehler Detektor und Signalauswertung Atmosphärische Einflüsse Triangulationssensoren für die Konturmessung Anwendungsbeispiele Laser-DOPPLER-Verfahren DOPPLER-Effekt Laser-Vibrometer Prinzip Signalverarbeitung Meßbereich von Laser-Vibrometern Anwendungsbeispiele 247

5 X Inhaltsverzeichnis 10.3 Laser-DOPPLER-Anemometer Prinzip Signalverarbeitung Meßbereich von Laser-DOPPLER-Anemometern Anwendungsbeispiele Laser-Spektroskopie Laser-Stoffanalyse Prinzip Verdampfung und Plasmabildung Verdampfte Materialmenge Zeitaufgelöste Spektroskopie Datenauswertung Meßbereich Anwendungsbeispiele LIDAR Prinzip Differentielles Absorptions-LIDAR Signalverarbeitung Meßbereich Anwendungsbeispiele CARS Prinzip BOXCARS Meßbereich Anwendungsbeispiele 298 Literaturverzeichnis 302 Sachwortverzeichnis 314 >