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Fachhochschule Wedel Diplomarbeit

1. ExtDaten Ok false repeat D New PFileDialog Init Extens Protokolldatei N ame DAT fdOkButton fdReplaceButton ANHANG D PROGRAMMLISTING Command Desktop ExecView D if Command lt gt cmCancel then begin D GetFileName FileName if Exists FileName then begin if MessageBox 3 Datei existiert 13 3 82 Messungen zufuegen nil mfInformation or mf0kCancel cm0k then begin LoadDatFile Ok true end end else begin Anzahldelta 0 Ok true end end else Ok true Dispose D Done until Ok true if Command lt gt cmCancel then begin fnsave FileName Path copy FileName 0 Length FileName 4 repeat Path copy Path 0 Length Path 1 s copy Path Length Path Length Path until s repeat EineMessung until MessageBox 13 3 weitere Messung nil mfConfirmation or mf0kCancel cmCancel FileName fnsave if Anzahldelta 5 O then SaveDatFile end end Messdialog end MessU ANHANG D PROGRAMMLISTING 83 ASYNCAU PAS This is a faithful translation of the famous ASYNC INC by Michael Quinlan into a Turbo 4 0 unit No extra frills no modification of types nothing fancy But with this code you Should be able to delete your 1 ASYNC INC directive add a USES aASYNCAU statement nd recompile your existing program If you want to add support for more ports other computers o
2. 04 0 2 gt Abbildung 3 4 Gemessene Intensitatsverteilung des Interferenzmusters KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 21 Das Interferenzmuster ist von einem starken Rauschen berlagert Dieses Rau schen soll nun herausgefiltert werden Im Interferenzmuster sind 4 Maxima und 4 Minima zu erkennen Dies bedeutet da der Wegunterschied ber den Me breich zwei Wellenl ngen oder ungef hr 1 um betr gt F r dieses Bild kann eine Si gnalfrequenz von ungef hr 4 Wellenz gen MeBbereich definiert werden Zun cht soll berlegt werden welche Signalfrequenzen auftreten k nnen Die minimale auswertbare Signalfrequenz liegt bei ungef hr einem Wellenzug Me bereich da hier gerade noch ein Maximum und ein Minimum auftreten Bei Strahlungsquel len mit geringer Leistung kann durch ein Mikroskop Objektiv mit kleinerer Aufwei tung die auf den Detektor fallende Intensit t erh ht werden Hierdurch werden die detektierten Interferenzstreifen schmaler Signalfrequenzen von bis zu 20 Wel lenz gen Me bereich treten dann auf Noch h here Signalfrequenzen konnte ich bei meinen Messungen nicht erreichen ber Horizontale Zeitbasis Einstellung am Oszilloskop besteht die M glichkeit die Signalfrequenz wieder zu senken Die berlegung bei welcher Frequenz eine Filterfunktion jetzt angreifen soll te kann keinen festen Wert ergeben Vielmehr mu ein dynamischer Filter zum Einsatz kommen der seine Grenzfrequenz aus der Signalfrequenz s
3. Read f c P Read f c A i 0 repeat Read f c S 775 a 2 repeat s s C Read f c until c Val s w i x ErrorCode w il x w il x div 4 ANHANG D PROGRAMMLISTING 96 S i1 2 s e um repeat s S C Read f c until c Val s w i y ErrorCode w il y wlil y div 16 22 Read f c P Read f c PA bzw PU 3 inc i until c Ui Close f i 0 Imes 0 w 0 y for j 1 to nmax 1 do begin if wli x gt j then Imes j Imes j 1 else begin Imes j l w il y inc i end end FileName copy FileName 0 length FileName 3 ExtMess SaveFileI Imes FileName end Convert Konvertierungs Dialog procedure ConvertFile var D PFileDialog Command word begin Extens ExtPlot repeat D New PFileDialog Init Extens Datei oeffnen N ame PLT fdOpenButton fdReplaceButton Command Desktop ExecView D ANHANG D PROGRAMMLISTING 97 if Command lt gt cmCancel then begin D GetFileName FileName if Exists FileName then Convert else MessageBox 3 Datei FileName nicht gefunden 13 13 nil mfError or mf OKButton end Dispose D Done until Command cmCancel end ConvertFile Vorbereitungen zur Fast Fourier Transformation und zur inversen Fast Fourier Transformation unit TransU interface procedure FFTBerechnung
4. lr 4 1 2 Multimodebetrieb INHALTSVERZEICHNIS 4 1 2 1 Spektrallinie 488 0nm 41 2 2 Spektrallinie514 5nm 4 1 2 3 Beide Linien 4 2 Helium NeonLaser 4 3 Fehlerbetrachtung 5 SchluBbemerkungen 5 1 Verbesserungsvorschl ge 5 2 Zusammenfassung BEE A Zeichnungen B Datenblatt der CCD Kamera C Benutzerhandbuch Me programm C 1 Aufnehmen einer neuen MeBreihe C 2 Hinzuf gen von Messungen zu einer MeBreihe C 3 Konvertieren einer Plot Datei less C 4 Anzeigen einer Messung els C 5 Anzeigen der Koh renzfunktion einer MeBreihe C 6 Motl rsteuef ng ax oe ad 2 et ae EGET RUP EDER exili gt ars feos D D Programmlisting Bil Programm Ad eet BADA i sta ah Boe ah ee DO aah ce D 2 UniEGlob 32 223 ALS b Btn a ok se nee D 3 Unit Mess 277m art ares gc a Ma IOS Di4 Unit ASVrTICA LT s sto ees RERO ODE IE DR AG D 5 Unit GonvertU 2 RG GNG NAAN T ose kc a ee Teu 2 6 Unit PAIS ses see te a ce rore owe c Dar Unit EET sooo arme S Ra ah tote o op tee b kn D 8 Unit XFET 2E Eua ee Be eur NENE hanna ade E D9 Unit KoherUs sss e t er ey rer UR ec v e Agel diet ESI AnDnZOIgG 2 5 dor Seok ARINA KPAG nen ee ees D 11 UnitLoadSave ccn Dj32 Unit Motet is auccm xu RURALES REX RI pd DASVNGEIE 22 urbe GL ADAE Ga a RSS a ee d Literaturverz
5. 0 EnableInterrupts SetIntVec Async_Irq 8 Async_OriginalVector re initialize our data areas so we know the port is closed Async_Open_Flag FALSE end end Async_Close function Async_Open ComPort Integer BaudRate Integer Parity Char WordSize Integer StopBits Integer Boolean open a communications port var ComParm Integer ANHANG D PROGRAMMLISTING 90 i m Integer begin if Async Open Flag then Async_Close if ComPort 2 and Async BIOS Port Table 2 lt gt 0 then Async Port 2 else Async Port 1 1 default to COM1 Async Base Async BIOS Port Table Async Port Async Irq Hi Async Base 1 if Port UART IIR Async Base and 00F8 lt gt O then Async Open FALSE else begin Async Buffer Head 0 Async Buffer Tail 0 Async Buffer Overflow FALSE Build the ComParm for RS232 Init 3 See Technical Reference Manual for description ComParm 0000 Set up the bits for the baud rate i 0 repeat i i l1 until Async Baud Table i Baud BaudRate or i Async Num Bauds ComParm ComParm or Async Baud Table i Bits if Parity in E e then ComParm ComParm or 0018 else if Parity in 0 o then ComParm ComParm or 0008 else ComParm ComParm or 0000 default to No parity if WordSize 7 then ComParm ComParm or 0002 else ComParm ComParm or 0003 41 default to 8
6. 13 13 3 ANHANG D PROGRAMMLISTING 79 Daten uebernehmen nil mfConfirmation or mf0kCancel cm k then Ok true end if Ok then begin if Exists Path df ad ref ExtPlot or Exists Path df ad ref 0 ExtPlot then begin Ok false uebernehmen 1 true end if uebernehmen 1 then if MessageBox 3 Referenzstrahlmessung existiert 13 13 3 Daten uebernehmen nil mfConfirmation or mf0kCancel cm k then Ok true end if Ok then begin if Exists Path df ad dark ExtPlot or Exists Path df ad dark 0 ExtPlot then begin Ok false uebernehmen 2 true end if uebernehmen 2 then if MessageBox 3 Dunkelmessung existiert 13 13 3 Daten uebernehmen nil mfConfirmation or mf0kCancel cm k then Ok true end end else Ok false if Command cm0k and Ok then begin Abbruch false mes Interferenzmessung for Messung 0 to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df ad int if AnzahlMessung gt 1 then begin Str Messung s ANHANG D PROGRAMMLISTING 80 FileName FileName ts Str Messung 1 s end else s P1 ReadOut if Abbruch then Messung AnzahlMessung 1 end mes Objektstrahl if not uebernehmen 0 and not Abbruch then begin for Messung O to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df ad obj if Anz
7. C lo CT AT Bei relativen kurzen Koh renzl ngen in der Gr enordnung der Wellenl nge X ist es manchmal sinnvoll die Koh renzl nge in Bezug zur Wellenl nge auszu dr cken Av JAM Lise 2 30 X m D 2 31 En 2 31 ber die Koh renzl nge kann also auch die spekrale Breite bestimmt werden KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 9 2 4 Michelson Interferometer In Abbildung 2 5 ist der Strahlengang im Michelson Interferometer prinzipiell dar gestellt Abbildung 2 5 Strahlengang beim Michelson Interferometer Die von einer Lichtquelle Q z B Laser ausgehende Strahlung trifft auf einen Strahlteiler 5T und wird in zwei senkrecht zueinander stehende Anteile idealerwei se gleicher Intensitat zerlegt Der Referenzstrahl wird in einem Umlenkprisma P1 durch Totalreflektion zweimal um jeweils 90 abgelenkt und somit zum Strahlteiler ST zur ckgeworfen Hierbei legt er eine feste Wegstrecke 2s zur ck Der zweite Anteil der Objektstrahl wird ebenfalls durch ein Umlenkprisma P2 zur ckgeworfen die Entfernung dieses Prismas vom Strahlteiler ist jedoch variabel Die Wegstrecke ist hier um den Betrag 2As langer es ergibt sich eine Verz gerung 2As d T Sekt 2 32 Mit dem Michelson Interferometer kann nicht nur die Intensitat an einem Punkt beobachtet werden man hat die M glichkeit die Intensit tsverteilung ber ein Strahlprofil zu sehen Nun ist es im allgemeinen nicht so da ber den ge
8. AnzahlMessung df ad int Messdaten files 0 df ad obj Messdaten files 1 df ad ref Messdaten files 2 ANHANG D PROGRAMMLISTING 78 df ad dark Messdaten files 3 Valuel Messdaten dates 0 AnzahlMessung ValueR Messdaten dates 1 w ad delta Ok Ok and AnzahlMessung gt 0 and w ad delta gt 0 if Anzahldelta gt O then if AnzahlMessung lt gt am then 0k false AnzahlMessung am if Ok then begin if df adl int df ad obj then Ok false if df ad int df ad ref then Ok false if df ad int df ad dark then Ok false if df ad obj df ad ref then Ok false if df ad obj df ad dark then Ok false if df ad ref df ad dark then Ok false end if Ok then begin case AnzahlMessung of 1 fnl 0 2 10 fnl 2 else fnl 3 end if Length df ad int 5 8 fnl then Ok false if Length df ad obj gt 8 fnl then Ok false if Length df ad ref 5 8 fnl then Ok false if Length df ad dark gt 8 fnl then Ok false end if Ok then if Exists Path df ad int ExtPlot or Exists Path df ad int 0 ExtPlot then Ok false if Ok then begin for i O to 2 do uebernehmen i false if Exists Path df ad obj ExtPlot or Exists Path df ad obj _0 ExtPlot then begin Ok false uebernehmen 0 true end if uebernehmen 0 then if MessageBox 3 Objekstrahlmessung existiert
9. Async Buffer Used 1 if Async Buffer Used 5 Async MaxBufferUsed then d 90 d EB 16 begin Async Buffer Head Async_ Async Buffer Used Async_MaxBufferUsed end L002 89 1E Async_Buffer_Head FF 06 Async_Buffer_Used 8B 1E Async_Buffer_Used 3B 1E Async_MaxBufferUsed 7E 04 89 1E Async_MaxBufferUsed L003 disable interrupts FA Port 20 x Async Buffer Used MOV Async Buffer Head BX INC Async Buffer Used MOV BX Async Buffer Used CMP BX Async_MaxBufferUsed JLE L003 MOV Async_MaxBufferUsed BX CLI 20 d use non specific EOI B0 20 MOV AL 20h E6 20 OUT 20h AL end Async Ier a a a eese m a a Fi ra esee Gee PPS procedure Async Init initialize variables begin Async Open Flag FALSE Async Buffer Overflow FALSE Async Buffer Used 0 Async MaxBufferUsed 0 ANHANG D PROGRAMMLISTING 89 end Async Init procedure Async Close reset the interrupt system when UART interrupts no longer needed var i m Integer begin if Async pen Flag then begin disable the IRQ on the 8259 DisableInterrupts i Port I8088 IMR get the interrupt mask register m 1 shl Async Irq set mask to turn off interrupt Port I8088_IMR i or m disable the 8250 data ready interrupt Port UART IER Async Base 0 disable OUT2 on the 8250 Port UART_MCR Async Base
10. Graph GraphApp MsgBox Objects StdDlg Views var S1 s2 string Initialisierung des Grafikbildschirms procedure STDInitGraph var BGIPath PString Graph0k boolean begin Grafik BGIPath NewStr FExpand GraphOk GraphAppInit 0 0 BGIPath true ANHANG D PROGRAMMLISTING 114 if not Graph0k then MessageBox 3 Kann Grafiktreiber nicht finden nil mfOKButton or mfError end STDInitGraph 3 Anlegen eines Grafikbilschirms mit festen Elementen procedure Grafikbildschirm begin Rectangle 0 O GetMaxX GetMaxY Line 0 GetMaxY 20 GetMaxX GetMaxY 20 Line GetMaxX 155 GetMaxY 20 GetMaxX 155 GetMaxY OutTextXY 15 GetMaxY 13 s1 OutTextXY GetMaxX 140 GetMaxY 13 s2 end Grafikbildschirm Zeichnen des Koordinatensystems 3 procedure Koordinatenkreuz begin Line 20 GetMaxY 40 GetMaxX 20 GetMaxY 40 Line 20 20 20 GetMaxY 40 end Koordinatenkreuz Skalierung des Koordinatensystems fuer Ausgabe der Interferenzmuster und der FFT Y procedure Skalierung var i FaktorX FaktorY word begin FaktorX GetMaxX 39 div 10 FaktorY GetMaxY 59 div 10 for i O to 10 do begin Line 17 19 i FaktorY 23 19 i FaktorY Line 20 i FaktorX GetMaxY 37 ANHANG D PROGRAMMLISTING 115 20 i FaktorX GetMaxY 43 end end Skalierung Skalierung des Koordinatensystems fuer Ausgabe der Koha
11. LoadDatFile FileName copy FileName 0 Length FileName 3 ExtGamma if not Exists FileName then begin Abbruch false gammaBerechnung if not Abbruch then begin LCBerechnung SaveGammaFile end end else LoadGammaFile if not Abbruch then begin STDInitGraph if GraphicsStart then begin si FileName s2 Weiter mit lt ESC gt Grafikbildschirm Koordinatenkreuz SkalierungLC ANHANG D PROGRAMMLISTING 123 FaktorX w 0 delta for i 1 to Anzahldelta 1 do if w i delta FaktorX then FaktorX w i delta FaktorX GetMaxX 40 FaktorX FaktorY GetMaxY 60 for i O to Anzahldelta 1 do begin Circle round w i delta FaktorX 20 round 1 w i gamma FaktorY 20 2 Line round w i delta x FaktorX 20 round 1 w i gamma w i SAM FaktorY 20 round w il delta FaktorX 20 round 1 w i gamma w i SAM FaktorY 20 Line round w i delta x FaktorX 2 t 20 round 1 w i gamma w i SAM FaktorY 20 round w il delta FaktorX 2 20 round 1 w i gamma w i SAM FaktorY 20 Line round w i delta FaktorX 2 20 round 1 w i gamma w i SAM FaktorY 20 round w il delta FaktorX 2 20 round 1 w i gamma w i SAM FaktorY 20 end for i 1 to GetMaxX 40 do Line i 1 20 round 1 exp 0 sqr li 1 FaktorX deltac FaktorY 20 i 20 round 1 exp 0 sqr i FaktorX d
12. New PHeapView Init R Insert Heap Info end Init Auswahl der Handlungsmoeglichkeiten procedure TCM HandleEvent var Event TEvent begin inherited HandleEvent Event ANHANG D PROGRAMMLISTING 68 case Event What of evCommand begin case Event Command of cmMessung Messdialog cmConvert ConvertFile cmAusgabe Grafikausgabe cmGamma LCDarstellung cmMotor Motorsteuerung cmRechner Rechner cmInfo Info else Exit end ClearEvent Event end end end HandleEvent Uhrzeit und Speicherbelegung aktualisieren procedure TCM Idle begin inherited Idle Clock Update Heap Update end Idle Menueleiste procedure TCM InitMenuBar var R TRect begin GetExtent R R B Y R A Y 11 MenuBar New PMenuBar Init R NewMenu NewItem M essung kbNoKey cmMessung hcMessung NewItem K onvertieren kbNoKey cmConvert hcConvert NewItem A nzeige kbNoKey cmAusgabe hcAusgabe ANHANG D PROGRAMMLISTING 69 NewItem B erechnung kbNoKey cmGamma hcGamma NewItem Motor s teuerung 7 kbNoKey cmMotor hcMotor NewSubMenu E tc hcNoContext NewMenu NewItem T Rechner kbNoKey cmRechner hcRechner NewItem I nfo kbNoKey cmInfo hcInfo nil nil end InitMenuBar Statuszeile procedure TCM InitStatusLine var R TRect begin GetExtent R R A Y R B Y 1 StatusL
13. Write f c received Async Buffer Check c delay timeout if keypressed then Taste readkey until not received or Taste in chr 27 Close f end Async Close if Taste chr 27 then Abbruch true Dispose DD Done end ReadOut 3 EE Dialog zur Messung bei einer Wegdifferenz procedure EineMessung var R TRect D PDialog Bruce PView i Messung Command ad adi am fnl word si String uebernehmen array 0 2 of begin repeat if Anzahldelta O then adi Anzahldelta 1 else begin adi 0 df 0 int i0 df 0 0bj 00 df 0 ref r0 df 0 dark d0 boolean ANHANG D PROGRAMMLISTING 76 AnzahlMessung 1 w 0 delta 0 end ad Anzahldelta Parameter der letzten Messung Messdaten filles fol df adi1 int Messdaten files 1 df adi obj Messdaten files 2 df ad1 ref Messdaten files 3 df adi dark Str AnzahlMessung 3 Messdaten dates 0 Str w adi delta 9 3 Messdaten dates 1 Eingabefenster R Assign 3 4 77 19 D New PDialog Init R Messung D HelpCtx hcMessung with D do begin Felder fuer Dateinamen si Dateinamen R Assign 3 2 4 Length s1 3 Insert New PStaticText Init R s1 R Assign 23 4 33 5 Bruce New PInputLine Init R 8 Insert Bruce si Interferenzmessung R Assign 2 4 3 Length s1 5 Inse
14. k nnen sechs Hauptlinien angeregt werden Die m glichen Linien von Ar Lasern in diesem Bereich sind in Tabelle 4 2 angegeben Tabelle 4 2 Ar Spektrallinien X nm Die Linien bei 488 0 nm und bei 514 5 nm bieten die mit Abstand st rksten Emissionen Die anderen Linien k nnen erst bei relativ hohen Ausgangsleistung von einigen Milliwatt angeregt werden Im Folgenden sind diese beiden st rksten Linien einzeln vermessen worden ebenso wurde eine Messung ohne Frequenzfil ter durchgef hrt 4 1 2 1 Spektrallinie 488 0 nm Mit Hilfe eines Frequenzfilters wurde in dieser Me reihe die Spekrallinie um 488 0 nm vermessen Hier wurden ebenfalls 10 Einzelmessungen pro Weggdifferenz durchgef hrt in dieser MeBreihe bei 16 Wegdifferenzen zwischen O und 15 cm In Tabelle 4 3 sind die berechneten Werte f r den Koh renzgrad angegeben Die Koharenzlange ergibt sich hier zu c 2 7 7 2 5 cm Die Koh renzl nge einer einzelnen Linie wird um 5 cm erwartet Dies kann die Messung also best tigen Die Koh renzzeit zu wird damit zu Tc 22 6 0 8 ns Jeff Hecht The Laser Guidebook 5 S 104 111 3Marvin J Weber Handbook of Laser Sience and Technology Supplement 1 Lasers 6 S 424ff Jeff Hecht The Laser Guidebook 5 S 112 KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE d cm 0 94 0 08 Ea 6 0 580 08 8 0 35 0 13 9 0262021 Tabelle 4 3 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser 488 0 nm Abbildung 4
15. von Laserstrahlung zu vermessen Als Strahlungsquellen k nnen verschiede nen Laser in den Aufbau eingekoppelt werden Aus dem sich durch das Michelson Interfereometr erzeugte Interferenzsignal k nnen R ckschl sse auf die Koh renzl nge gemacht werden Ein Michelson Interferomters war bereits vorhanden Hierauf aufbauend wur den die zur Koh renzmessung notwendigen Komponenten hinzugef gt Die Me ergebnisse k nnen an einem PC grafisch dargestellt werden Hierzu wurde ein Me programm entwickelt Kapitel 2 Physikalische Grundlagen Koh renz beschreibt die zeitliche und r umliche Korrelation der Phasen von Wel len Hierbei kann zwischen der zeitlichen oder longitudinalen Koh renz und der raumlichen oder lateralen Koh renz unterschieden werden Diese Unterscheidung ist zwar etwas k nstlich kann aber die unterschiedlichen Ursachen dieser Effek te deutlich machen Zeitliche Koharenz bezieht sich auf die Spektralverteilung der Lichtquelle und damit direkt auf die begrenzte Koharenzzeit re Die r umliche Koh renz beschreibt Effekte die mit der gr e der Lichtquelle und dadurch mit der Korrelation von Strahlen die von unterschiedlichen Orten auf der Oberflache der Lichtquelle ausgehen zusammenh ngen Bei Lasern spielt die r umliche Koh renz nur ein untergeordnete Rolle Die Effekte die hier auftreten sind fast ausschlie lich auf zeitliche Koh renz zur ckzuf hren die im Folgenden behandelt werden soll 2 1 Allgem
16. wird dieser eine Frequenz V 1 lt 2 11 w 12z 2 11 wahrnehmen Diesen Effekt nennt man den Dopplereffekt nach Christian Dopp ler 1803 1853 der die Frequenzverschiebung 1842 f r Schallwellen erkl rte Befinden sich Atome im thermischen Gleichgewicht so sagt die statistische Me chanik da sich eine Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung ergibt Die spektra le Verteilungsfunktion die sich aus der Bewegung der Atome ergibt hat die Form 1 P w Vrne o o 2 2 12 Es ergibt sich eine Gaussche Linie bei der Frequenz w mit einer Breite von 1 Aw 2 13 TO Betrachtet man eine Folge von emittierten Wellenz gen so variiert Ihre Dauer um den Mittelwert 79 Die Phasenbeziehungen sind zuf llig Abbildung 2 2 Robert Guenther Modern Optics 3 S 300 KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 5 T1 T2 T3 T4 T5 Abbildung 2 2 Folge von Wellenz gen unterschiedlicher Lebensdauer 7 Will man die Frequenzabhangigkeit der Intensit t ausdr cken so l t sich f r die Interferenz zweier Teilstrahlen gleicher Intensit t schreiben iss f I w 1 coswr dw 2 14 0 Das Integral enthalt einen konstanten und einen oszillierenden Term Der kon stante Term ist GS DEN 2 15 0 und der oszillierende Term ist i I w cos wr dw 2 16 Jetzt l t sich eine normierte Intensit tsverteilung definieren Dies ist eine spektrale Verteilungsfunktion Kw _ Kw fo Hw dw bo Durch eine Fouriertransformati
17. 2 Koh renfunktion Ar Laser 488 0 nm 32 KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 33 Auch hier kann Spektrale Breite in der Wellenl nge um den Mittelwert 488 0 nm angegeben werden A 3 1 pm Fur die spektrale Breite einer einzelne Linie werden in der Literatur Werte um 4 pm angegeben 41 2 2 Spektrallinie 514 5 nm Die Messungen an der Spektrallinie um 514 5 nm sind bereits in Abschnitt 3 5 be schrieben Hier sollen nur kurz die Ergebnisse angef hrt werden Eine Abbildung der Koh renzfunktion findet sich auf Seite 27 dem v 00 DETUR 09 0 89 0 14 50 0 79 75 0 684 100 0 4619 150 0 19 200 0 163 250 0 1850 E wo N H H H H olol olol ols bl bf bf sch a oj w H o wesch N Tabelle 4 4 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser 514 5 nm le 2 11 8 3 8 cm Tc 2 9 9 E 1 3 ns Ar 2 2 pm Diese Werte sind erwartungsgem hnlich wie bei der Spektrallinie um 488 0 nm 4 1 2 3 Beide Linien In dieser MeBreihe wurde im Multimodebetreib kein Frequenzfilter eingesetzt es wurden die beiden angeregten Linien gemeinsam vermessen o 6 1 2 2 cm 5Jeff Hecht The Laser Guidebook 5 S 111 KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 34 Tabelle 4 5 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser beide Linien Abbildung 4 3 Koh renfunktion Ar Laser beide Linien KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 35 Tc 22 0 0 7 ns In diesem Fall ist eine Angabe der spektralen Br
18. 20 3 5 8 Bestimmung der Intensitaten Die folgende Beschreibung der Aufnahme von Me werten soll an einem Beispiel erfolgen Die angegebenen Messungen wurden an einem Ar Laser durchgef hrt Dabei wurde der Laser im Multimodebetrieb betrieben und durch einen Frequenzfil ter nur eine Spektrallinie um die Wellenl nge 514 5 nm vermessen Die dargestell ten Intensit tsverteilungen wurden bei einer Wegdifferenz von 5 cm aufgenommen Da die dem PC durch die Plotdaten bermittelten Werte proportional zur Inten sitat sind und eine genaue Umrechnung kaum m glich ist werden die Intensit ten im Folgenden nur als dimensionslose Werte angef hrt Diese Vereinfachung ist zwar nicht ganz korrekt kann aber gemacht werden da die Absolutbetr ge der Intensit ten f r die Berechnungen nicht relevant sind Die Verh ltnisse zwischen die Intensit ten der verschiedenen Messungen sind durch die Proportionalit t ge geben 3 5 3 1 Maximale und minimale Intensit t eines Interferenzstreifenmusters Wurde die Justierung des Aufbaus durchgef hrt und f llt ein Interferenzmuster auf die Detektorzeile so kann mit der Messung begonnen werden Eine Beschreibung der im Me programm vorzunehmenden Schritte findet sich im Benutzerhandbuch im Anhang Durch dr cken der Plot Taste am Oszilloskop werden die Daten zum Rechner bertragen Abbildung 3 4 zeigt ein Beispiel einer Intensit tsverteilung des Interferenzstrei fenmusters auf der CCD Zeile 0 8 0 6
19. C Char Boolean see if a character has been received return it if yes procedure Async_Send C Char transmit a character procedure Async_Send_it C integer trancmit a integer procedure Async_Send_String S LStr transmit a string ANHANG D PROGRAMMLISTING 86 implementation const UART THR 00 4 offset from base of UART Registers for IBM PC UART RBR 00 UART IER 01 UART IIR 02 UART LCR 03 UART MCR 04 UART LSR 05 UART MSR 06 I8088 IMR 21 1 port address of the Interrupt Mask Register var Async BIOS Port Table Array 1 2 of Integer absolute 40 0 This table is initialized by BIOS equipment determination code at boot time to contain the base addresses for the installed async adapters A value of O means not in stalled const Async Num Bauds 8 Async Baud Table array 1 Async Num Bauds of record Baud Bits integer end Baud 110 Bits 00 Baud 150 Bits 20 Baud 300 Bits 40 Baud 600 Bits 60 Baud 1200 Bits 80 Baud 2400 Bits 40 Baud 4800 Bits CO Baud 9600 Bits E0 procedure DisableInterrupts inline FA cli MACROS procedure EnableInterrupts inline FB sti procedure BIOS RS232 Init ComPort ComParm Integer Issue Interrupt 14 to initialize the UART See the IBM PC Technical Reference Manual for the format of ANHANG D PROGRAMMLISTING 87 ComParm var Regs
20. gam exp 0 sqr w il delta deltac Summe Summe gam w il gamma end ANHANG D PROGRAMMLISTING 112 tmp Summe Anzahldelta dc deltac 1000 repeat deltac deltac dc tmpa tmp Summe O for i O to Anzahldelta 1 do begin gam exp 0 sqr w il delta deltac Summe Summe gam w il gamma end tmp Summe Anzahldelta until abs tmp 5 abs tmpa deltac deltac dc repeat deltac deltac dc tmpa tmp Summe O for i O to Anzahldelta 1 do begin gam exp 0 sqr w il delta deltac Summe Summe gam w il gamma end tmp Summe Anzahldelta until abs tmp 5 abs tmpa deltac deltac dc Standardabweichung Summe 0 for i O to Anzahldelta 1 do begin tmp w il SAM w il gamma Summe Summe tmp end deltacSAM deltac Summe Anzahldelta end LCBerechnung ANHANG D PROGRAMMLISTING 113 D 10 Unit Anzeige Grafische Ausgabe der Messergebnisse unit Anzeige interface procedure GrafikAusgabe procedure LCDarstellung anan amma maana msn a me m mm m eu u m m lem een ea mie eine ni ee nen implementation uses ConvertU Konvertierung von Plot Daten 3 Glob Globale Deklarationen KoherU Berechnungen Kohaerenzgrad und laenge LoadSave Laden und Speichern von Dateien TransU Vorbereitungen zur inversen FFT Turbo Pascal Standard Units App Crt Dialogs Dos
21. l212 7 2 25 ber die Kontrastfunktion M 2 10 besteht jetzt eine M glichkeit y12 r zu mes sen _ Imax SS Imin _ 2y h h Imax Imn h k y12 T 2 26 Bei gleichen Intensitaten stimmt also der Koh renzgrad 4 mit der Kontrast funktion M berein M 712 7 2 27 Damit ergeben sich bei der Interferenz f r Intensit t und Kontrast die Spezi alfalle in Tabelle 2 1 KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 8 f r gleiche Intesit ten inkoh renter Grenzfall 79 O bzw 7 gt To 712 0 Ipz hr hb Ip 21 M 0 da Imax Imin Ip M 0 koharenter Grenzfall 79 co bzw 7 lt ro y12 1 Ip lh l 2V hbcoswr Ip 2lo 1 COS wor Imax h l 27 hh Imax 4lo Imin h b 2 hlb Imin H M 3k M 1 Teilkoh renz 0 442 lt 1 Ip h lp 2Vhl2 12 COS wor Ip 2lo 1 712 COS wor Imax h l2 2Vhby12 Imax 219 1 12 Imin h l 2v h h2 Imin 2b 1 712 M ET M 12 Tabelle 2 1 Spezialf lle der Interferenz f r Intensitat und Kontrast 2 3 Koharenzzeit und l nge ber eine Definition der Koh renzzeit herrscht in der Literatur keine Einigkeit F r praktische Zwecke ist folgende Definition durch die Breite des Frequenzspektrums Aw meist ausreichend 1 ios Nach dieser Definition ergibt sich bei einer der Koh renzzeit entprechenden Verz gerung 12 1 e vergleiche 2 22 Der Koh renzzeit entspricht eine Koharenzlange von To 2 28 Tc 2 29
22. procedure Synthese implementation uses ConvertU Konvertierung von Plot Daten 3 FFTU inverse FFT ohne Coprozessor Glob Globale Deklarationen LoadSave Laden und Speichern von Dateien XFFT inverse FFT mit Coprozessor ANHANG D PROGRAMMLISTING 98 var FFTEnde word Ermitteln der Signalfrequenz und Abschneiden der FFT procedure FFTCut var i FFTmin word tmp real begin i 1 while Itrans i lt Itrans i 1 do inc i FFTmin i tmp Itrans FFTmin FFTmax FFTmin for i FFTmin 1 to nmax div 2 do if Itrans i 5 tmp then begin tmp Itrans il FFTmax i end if FFTmax lt nmax div 4 then FFTEnde round 2 FFTmax else FFTEnde 10 Tau nmax FFTmax end FFTCut Vor und Nachbereitungen der inversen FFT procedure Transformation var h boolean var i word begin Vorbereitung der Werte fuer die inverse FFT if h then for i 0 to nmax 1 do begin ANHANG D PROGRAMMLISTING 99 IRe i Imes il IIm i 0 end else begin FFTCut for i FFTEnde 1 to nmax FFTEnde 1 do begin IRe i 0 IIm i 0 end end IFDEF CPU87 Berechnung der inversen FFT ohne Coprozessor ueber FFTU CoSiTab nmax FFTAsm IRe IIm nmax round In nmax 1n 2 h ELSE Berechnung der inversen FFT mit Coprozessor ueber XFFT Tabelle nmax FFT IRe IIm nm
23. 11 8 3 8 cm berechnet werden Auf die bei der Messung auftretenden Fehler wird in Ab schnitt 4 3 eingegangen 3 6 Me programm Das zur Koh renzmessung erstellte Me programm wurde in Borland Turbo Pascal entwickelt und besitzt eine grafische Benutzeroberfl che aus Borland Turbo Vision Standard Komponenten Das Programm f hrt den Bediener im Dialog durch den MeBablauf und die anschlie enden Berechnungen Ein Benutzerhandbuch findet sich im Anhang Kapitel 4 MeBergebnisse 4 1 Argon lonen Laser Der vermessene Ar Laser ist eine Laser der Firma Coherent Typ Innova 90 Serien Nr 6041 Dieser Laser ist im Laserlabor fest installiert und wird u a auch fur die interferometrische Langenmessung verwendet Hierbei wird er im Monomo debetrieb genutzt Es ist aber auch m glich durch Ausbau des Etalons und durch Verwendung einer anderen Spiegelhalterung mehrere Spektrallinien anschwingen zu lassen man spricht dann vom Multimodebetrieb 4 1 14 Monomodebetrieb Im Monomodebetrieb emittiert der Ar Laser Stahlung mit einer Wellenl nge von A 526 7 nm Hier wurden 7 Wegdifferenzen d mit jeweils 10 Einzelmessungen vermessen BUNC ELE Tabelle 4 1 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser Monomodebetrieb Wie man am Me ergebenis in Abbildung 4 1 sieht liegt die Koh renzl nge in dieser Bertriebsart au erhalb der maximal einstellbaren Wegdifferenz von 90 cm Sie kann aus der Koh renzfunktion zu fo 218 26 cm 29 KAPITE
24. 2 Koharenfunktion Ar Laser 488 0nm 4 3 Koh renfunktion Ar Laser beide Linien 4 4 Koh renfunktion HeNe Laser ll 005 4 5 Vergleich von 3 Interferenzmessungen Tabellenverzeichnis 2 1 3 1 3 2 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 Spezialfalle der Interferenz f r Intensitatund Kontrast 8 Bauelemente der Subtrahierer Schaltung 14 Linearit t der CCD Kamera lll lll 15 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser Monomodebetrieb 29 Ar Spektralinien A nm 22 22 2 non nennen 31 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser 488 0nm 32 Berechnete Koh renzgrade Art Laser514 5nm 33 Berechnete Koh renzgrade Ar Laser beide Linien 34 Berechnete Koh renzgrade HeNe Laser 35 Kapitel 1 Einleitung In der vorliegenden Arbeit soll der Aufbau eines Me platzes zur Bestimmung der Koh renzl nge von Laserstrahlung beschrieben werden Neben der Aus gangsleistung eines Lasers und der Wellenl nge der emittierte Strahlung ist die Koh renzl nge und die sich aus ihr ergebende Frequenzbandbreite eine wichtige Gr e zur Charakterisierung der Strahlungsqualit t Besonders in der Nachrich ten bertragung und der interferometrischen Me technik besteht oft die Forderung nach einer gro en Koh renzl nge der verwendeten Laserstrahlung Der hier beschriebene Aufbau bietet die M glichkeit die Koh renzl nge
25. 5 die Standardabweichung der Koh renzl nge Danach werden f r jeden Ab stand die Wegdifferenz der berechnete Koh renzgrad und die Standardab weichung des Koh renzgrades aufgef hrt Wurde nur je eine Messung pro Wegdifferenz durchgef hrt haben die Standardabweichungen den Wert O Anhang D Programmlisting D 1 Programm CM Programm zur Messung der Kohaerenzlaenge von Laserstrahlung Diplomarbeit Fachhochschule Wedel Udo Becker 26 August 1997 program CM X S M 65520 8192 655360 E ec uses Anzeige Grafische Ausgabe ConvertU Konvertierung von Plot Daten 3 Etc zusaetzliche Programmteile Glob Globale Deklarationen MessU Einlesen der Messdaten MotorU Motorsteuerung Turbo Pascal Standard Units App Drivers Gadgets Memory Menus Objects Views type TCM object TApplication 66 ANHANG D PROGRAMMLISTING 67 Clock PClockView Heap PHeapView constructor Init procedure HandleEvent var Event TEvent virtual procedure Idle virtual procedure InitMenuBar virtual procedure InitStatusLine virtual end const HeapSize 48 1024 div 16 48k Heap Initialisierung constructor TCM Init var R TRect begin MaxHeapSize HeapSize inherited Init GetExtent R R A X R B X 9 R B Y R A Y 1 Clock New PClockView Init R Insert Clock GetExtent R Dec R B X R A X R B X 9 R A Y R B Y 1 Heap
26. ANHANG D PROGRAMMLISTING 92 var i word begin xxx enable OUT2 und DTR on 8250 i Port UART MCR Async_Base Port UART_MCR Async_Base i or 09 x if Async_Buffer_Head Async_Buffer_Tail then Async_Buffer_Check FALSE else begin C Async Buffer Async Buffer Tail Async Buffer Tail Async Buffer Tail 1 if Async Buffer Tail gt Async Buffer Max then Async Buffer Tail 0 Async Buffer Used Async Buffer Used 1 Async Buffer Check TRUE end end Async Buffer Check procedure Async Send C Char transmit a character var i m counter Integer begin Port UART MCR Async Base 0B turn on OUT2 DTR and RTS wait for CTS counter MaxInt while counter lt gt 0 and Port UART_MSR Async Base and 10 0 do counter counter 1 wait for Transmit Hold Register Empty THRE if counter lt gt 0 then counter MaxInt while counter lt gt 0 and Port UART_LSR Async_Base and 20 0 do ANHANG D PROGRAMMLISTING 93 counter counter 1 if counter lt gt 0 then begin send the character DisableInterrupts Port UART THR Async Base Ord C EnableInterrupts end else writeln lt lt lt TIMEOUT gt gt gt end Async_Send procedure Async_Send_it C integer transmit a integer var i m counter Integer begin Port UART_MCR Async_Base 0B turn on OUT2
27. BITREV F function BitRev m nu integer integer external F procedure Tabelle n integer var i nmax integer S Single begin nmax n div 4 s 2 0 Pi n for i O to nmax do Tabarray i sin s i qi n div 4 q2 7 n div 2 q3 qi q2 ANHANG D PROGRAMMLISTING 102 q4 n end Tabelle function Sinus x integer single begin if x lt qi then Sinus Tabarray x else if x lt q2 then Sinus Tabarray q2 x else if x lt q3 then Sinus Tabarray x q2 else Sinus Tabarray q4 x end Sinus function Cosinus x integer single begin if x lt qi then Cosinus Tabarray qi x else if x lt q2 then Cosinus Tabarray x q1 else if x lt q3 then Cosinus Tabarray q3 x else Cosinus Tabarray x q3 end Cosinus procedure FFT var XReal XImag Realarray n nu integer hin boolean type PointRec record Low High word end var n2 kn2 nul i 1 k kO kOstep p pstep integer FFTfilename String 25 f Text TReal TImag c s rn2 FFTNorm single RealPtri ImagPtri RealPtr2 ImagPtr2 single RRealPtr1 PointRec absolute RealPtr1 RRealPtr2 PointRec absolute RealPtr2 ANHANG D PROGRAMMLISTING 108 RImagPtri PointRec absolute ImagPtri RImagPtr2 PointRec absolute ImagPtr2 begin k 0 while k lt n do begin i BitRev k nu if i gt k the
28. Berechnung angezeigt Bei einer umfangreichen MeBreihe kann die Berechnung durchaus einige Minuten dauern Die Berechnung kann mit der Esc Taste abgebrochen werden In der Grafikausgabe werden der Koh renzgrad mit Standardabweichung f r die einzelnen MeBpunkte sowie eine durch diese Werte berechnete Funktion dar gestellt In dieser Funktion ergibt sich beim Wert 1 e die Koh renzl nge die ebenfalls mit Standardabweichung in der rechten oberen Ecke angegeben ist Das Schlie en des Grafikbildschirms erfolgt wiederum mit der Esc Taste ANHANG C BENUTZERHANDBUCH MESSPROGRAMM 64 C 6 Motorsteuerung Eine zu vermessende Wegdifferenz kann ber den Men punkt Motorsteuerung eingestellt werden ber die Tasten v und r kann der Wagen vorw rts und r ckw rts bewegt werden Der Wagen wird durch dr cken einer beliebigen Taste wieder gestoppt Mit den Cursortasten und kann der Wagen in Einzelschrit ten in beide Richtungen bewegt werden Das Fenster zur Motorsteuerung wird mit der Esc Taste wieder geschlossen C 7 Dateitypen Im MeBprogramm k nnen sechs Dateitypen auftreten ihre Bedeutung ist im Fol genden beschrieben PLT Da vom Oszilloskop ein Plotsignal bertragen wird werden die Messdaten zun chst in einem HPGL kompatiblen Format PLT abgelegt Diese Dateien k nnen auch direkt aus einem digitalen Plotter vom Typ HP7550 ausgegeben werden MES Nach der Konvertierung einer Plot Datei erh lt man eine Datei vom Typ MES in der d
29. Crt Dialogs MsgBox Objects StdDlg Views var mes s string Einlesen der Messdaten procedure Readllut const timeout 4 var R TRect DD PDialog si String c Taste char received boolean ANHANG D PROGRAMMLISTING 74 f Text begin Str AnzahlMessung s1 R Assign O O 40 10 DD New PDialog Init R mes with DD do begin Options Options or ofCentered R Grow 1 1 Dec R B Y 3 Insert New PStaticText Init R 413 3 s vn si Messungen 13 3 Taste PLOT druecken 13 13 3 Abbruch mit lt ESC gt end Desktop Insert DD Async Init if Async Open 2 9600 Ni 8 1 then begin FileName FileName ExtPlot Assign f FileName ReWrite f repeat received Async Buffer Check c delay timeout if keypressed then Taste readkey until received or Taste in chr 27 if c chr 17 then repeat received Async Buffer Check c delay timeout if keypressed then Taste readkey until received or Taste in chr 27 Dispose DD Done R Assign 0 O 40 10 DD New PDialog Init R Messung with DD do begin Options Options or ofCentered R Grow 1 1 ANHANG D PROGRAMMLISTING 75 Dec R B Y 3 Insert New PStaticText Init R 13 43 Daten werden eingelesen 13 13 13 3 Abbruch mit ESC end Desktop Insert DD repeat
30. DTR and RTS wait for CTS counter MaxInt while counter lt gt 0 and Port UART_MSR Async Base and 10 0 do counter counter 1 wait for Transmit Hold Register Empty THRE 3 if counter lt gt 0 then counter MaxInt while counter lt gt 0 and Port UART_LSR Async Base and 20 0 do counter counter 1 if counter lt gt O then begin send the character DisableInterrupts Port UART THR Async Base Ord C EnableInterrupts end else ANHANG D PROGRAMMLISTING writeln lt lt lt TIMEQUT gt gt gt end Async_Send_it procedure Async_Send_String S LStr transmit a string var i Integer begin for i 1 to length S do Async_Send S i end Async_Send_String Konvertierung einer Plot Datei in Integer Werte unit ConvertU interface procedure Convert procedure ConvertFile implementation uses Glob Globale Deklarationen LoadSave Laden und Speichern von Dateien 94 ANHANG D PROGRAMMLISTING 95 Turbo Pascal Standard Units App Crt Dialogs MsgBox Objects StdDlg Views Ermitteln der Integer Werte procedure Convert type Wert record x y word end var W array 0 nmax 1 of Wert i j ErrorCode word s string 5 c char f Text begin Assign f FileName Reset f repeat Read f c until c D repeat Read f c until c Di Read f c
31. F und L Pedrotti Werner Bausch Hartmut Schmidt Optik Eine Einf hrung Pretice Hall 1996 Robert Guenther Modern Optics John Wiley amp Sons Inc 1990 Wolfgang St el Fourieroptik Eine Einf hrung Springer Verlag 1993 Jeff Hecht The Laser Guidebook McGraw Hill Book Company 1986 Marvin J Weber Handbook of Laser Sience and Technology Supplement 1 Lasers CRC Press Inc 1991 Gisela Engeln M llges Fritz Reutter Formelsammlung zur Numerischen Mathematik mit Turbo Pascal Programmen BI Wissenschafts Verlag 1987 Ralf Lindner Aufbau eines Interferometrischen L ngenme platzes Diplomarbeit Fachhochschule Wedel Fachbereich Physikalische Technik 1992 Stephan Schulz Me platz zur Charakterisierung von Laserdioden 134 LITERATURVERZEICHNIS 135 Diplomarbeit Fachhochschule Wedel Fachbereich Physikalische Technik 1988 10 Thomas Dresel Grundlagen und Grenzen der 3D Datengewinnung mit dem Koh renzrader Diplomarbeit Physikalisches Institut der Universit t Erlangen N rnberg Lehrstuhl f r Angewandte Optik 1991 11 Holger Venzke Koh renz Rader Ein aperturunabhngiges Verfahren zur 3D Formerfassung optisch rauher Objekte Diplomarbeit Physikalisches Institut der Universit t Erlangen N rnberg Lehrstuhl f r Angewandte Optik 1991 12 Ahmed Abou Zeid Peter Wiese Koh renzl ngen von Laserdioden F amp M Carl Hanser Verlag 1995 Eidesstattliche Erklarung Ich erkl re hiermit an Ei
32. Fachhochschule Wedel Diplomarbeit in der Fachrichtung Physikalische Technik MESSPLATZ ZUR BESTIMMUNG DER KOHARENZLANGE VON LASERSTRAHLUNG Eingereicht von Erarbeitet im Abgegeben am Referent Co Referent Udo Becker Breiter Weg 98 22880 Wedel Tel 04103 15422 8 Semester 26 August 1997 Prof Dr Iven Pockrand Prof Dr Michael Anders Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Physikalische Grundlagen 2 1 Allgemeines Interferenzgesetz ll 2 2 Koharenzfunktion eines Gaslasers 2 3 Koharenzzeit und l nge 0a a 2 4 Michelson Interferometer CE nme 3 Beschreibung der MeBanlage 3 1 Gesamtkonzept mn nn 32 CCD Kamera EE 3 9 OSszilloSKOp 723 WAN ehren Reman Ee dh NAA are 3 4 MeBcomputer 3 5 Durchf hrung der Messung 3 5 1 Vorbereitende Schritte 3 5 2 Justierung des Aufbaus 3 5 8 Bestimmung der Intensit ten 3 5 3 1 Maximale und minimale Intensit t eines Interferenz streifenmusters lll sn 3 5 8 2 Intensit ten der Teilstrahlen 3 5 3 3 Nullintensit t less 3 5 4 Berechnung des Koh renzgrades und der Koh renzl nge 36 Meint suene prm Eie ape ae me med us 4 MeBergebnisse 41 Argon lonen Laser 0 002 eee eee eee 4 1 4 Monomodebetrieb
33. FileName 3 ExtMess then Convert else FileName copy FileName O Length FileName 3 ExtMess LoadFileI Imes FileName STDInitGraph if GraphicsStart then begin ANHANG D PROGRAMMLISTING 118 si FileName s2 Weiter mit lt ESC gt Grafikbildschirm Koordinatenkreuz Skalierung Intensitaetskurve repeat Taste readkey until Taste in chr 27 Escape Taste GraphicsStop end end Ausgabe Messung Vorbereitung zur Ausgabe einer FFT procedure AusgabeFFT var Taste char begin if not Exists copy FileName 0 Length FileName 3 ExtFFT then FFTBerechnung else begin FileName copy FileName 0 Length FileName 3 ExtFFT LoadFileR Itrans FileName end STDInitGraph if GraphicsStart then begin si FileName S2 Weiter mit lt ESC gt Grafikbildschirm Koordinatenkreuz Skalierung Transformationskurve repeat Taste readkey until Taste in chr 27 1 Escape Taste GraphicsStop end end AusgabeFFT ANHANG D PROGRAMMLISTING 119 Vorbereitung zur Ausgabe einer bereinigten Intensitaetsverteilung procedure AusgabeSynthese var Taste char begin if not Exists copy FileName 0 Length FileName 3 ExtKor then Synthese else begin FileName copy FileName 0 Length FileName 3 ExtKor LoadFileR Itrans FileName end STDInitGraph if GraphicsStart then begin si FileName S2 Weiter mit lt ESC g
34. L 4 MESSERGEBNISSE 30 0 6 04 0 27 0 T T T T T T T T T T T T 0 15 30 45 60 75 90 d cm Abbildung 4 1 Koh renfunktion Ar Laser Monomodebetrieb berechnet werden Es kann also im Nachhinein best tigt werden daf3 der Ar Laser im Monomodebetrieb f r die interferometrische Langenmessung gut geeig net ist Hier wird eine hohe Modulation des Interferenzmusters ben tigt In dieser Betriebsart kann die Modulation bei guter Justierung ber die gesamte Wegdiffe renz ann hernd konstant gehalten werden bliche Werte der Koh renzl nge bei Ar Lasern die mit Etalon betrieben wer den liegen im Meterbereich bis hoch zu einigen zehn Metern 1 Die Koh renzl nge des Lasers kann in dieser Betriebsart durchaus noch ber dem berechneten Wert liegen da in dem zur Berechnung zur Verf gung stehenden Bereich der Koh renzfunktion schon kleine nderungen der Me werte eine wesentlich gr ere Koh renzl nge ergeben k nnen Die der berechneten Koh renzl nge entsprechende Koh renzzeit ergibt sich nach 2 29 zu Tc 2 7T E 9 ns Mit 2 31 kann weiterhin die Bandbreite der emittierten Wellenl nge bestimmt werden A Ar lc 4 1 Jeff Hecht The Laser Guidebook 5 S 112 KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 31 AA 20 13 pm 4 1 2 Multimodebetrieb Laut Handbuch des Lasers kann im Multimodebetrieb Strahlung in einem Wel lenl ngenbereich von 457 9 bis 514 5 nm emittiert werden In diesem Bereich
35. Lei Lei CU CU Lei YY YY B Short circuit boolean ON I I 0 hecking OFF R Range checking OFF S Stack checking OFF V Var str checking OFF unit ASync4U1 interface uses Dos global declarations type LStr String 255 generic string type for parameters const Async_Buffer_Max 4095 var Async_OriginalVector pointer Async_Buffer Array O Async Buffer Max of char Async Open Flag Boolean true if Open but no Close Async Port Integer current Open port number 1 or 2 Async Base Integer base for current open port ANHANG D PROGRAMMLISTING 85 Async Irq Integer irq for current open port Async Buffer Overflow Boolean True if buffer overflow has happened Async Buffer Used Integer Async MaxBufferUsed Integer Async Buffer is empty if Head Tail Async Buffer Head Integer Locn in Async Buffer to put next char Async Buffer Tail Integer Locn in Async Buffer to get next char Async Buffer NewTail Integer USER CALLABLE ROUTINES procedure Async Init initialize variables procedure Async Close reset the interrupt system when UART interrupts no longer needed function Async Open ComPort Integer BaudRate Integer Parity Char WordSize Integer StopBits Integer Boolean open a communications port function Async_Buffer_Check var
36. ahlMessung gt 1 then begin FileName FileName ts Str Messung s end FileName FileName ExtPlot Synthese for i 0 to nmax 1 do begin Itrans i Itrans i IO Iref i ANHANG D PROGRAMMLISTING 109 Iref i Itrans i Iref i Messung 1 end end Objektstrahl for Messung 0 to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df jl obj if AnzahlMessung 5 1 then begin FileName FileName _ ts Str Messung s end FileName FileName ExtPlot Synthese for i O to nmax 1 do begin Itrans i Itrans i IO Iobj li Iobj li Itrans i Iobj lil Messung 1 end end Interferenzmuster w jl gamma 0 Summe 0 QSumme 0 for Messung 0 to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df jl int if AnzahlMessung 5 1 then begin FileName FileName _ ts Str Messung s end FileName FileName ExtPlot Synthese Maximalintensitaet Imax 0 for i 0 to nmax 1 do if Itrans i gt Imax then begin Imax Itrans il ANHANG D PROGRAMMLISTING 110 Minimalintensitaet Imin Imax if max gt 0 8 Tau and max lt nmax 1 0 8 Tau then begin for i max downto max round 0 75 Tau do if Itrans i lt Imin then Imin Itrans i Imini Imax for i max to max round 0 75 Tau do if Itrans i lt Imini then Imin
37. ahlMessung gt 1 then begin Str Messung s FileName FileName ts Str Messung 1 s end else s 71 ReadOut if Abbruch then Messung AnzahlMessung 1 end end mes Referenzstrahl if not uebernehmen 1 and not Abbruch then begin for Messung O to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df ad ref if AnzahlMessung gt 1 then begin Str Messung s FileName FileName _ ts Str Messung 1 s end else s 71 ReadOut if Abbruch then Messung AnzahlMessung 1 end end mes Nullintensitaet if not uebernehmen 2 and not Abbruch then begin ANHANG D PROGRAMMLISTING 81 for Messung O to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df ad dark if AnzahlMessung gt 1 then begin Str Messung s FileName FileName _ ts Str Messung 1 s end else s 71 ReadOut if Abbruch then Messung AnzahlMessung 1 end end if not Abbruch then inc Anzahldelta end if Command cm0k and not Ok then MessageBox 3 Eingabefehler 13 3 Dateiname existiert doppelt 13 3 zu lang Werte ungueltig 13 3 Anzahl der Messungen veraendert nil mfError or mf0kButton end Dispose D Done until Command cmCancel end EineMessung Dialog zur Auswahl der Protokolldatei procedure Messdialog var R TRect D PFileDialog Command word fnsave string begin Extens
38. ahls k nnten ebenfalls als PC gesteuerte Blenden installiert werden Dadurch k nnte eine versehenliche Dejustierung bei der Abblendung der Strahlen verhindert werden Im Me programm k nnten noch einige Details erg nzt werden Zum Beispiel w re das Anlegen eines Verzeichnisses f r eine Me reihe aus der Oberfl che des Programmes heraus w nschenswert Ebenso k nnte das ndern einer Protokoll 39 KAPITEL 5 SCHLUSSBEMERKUNGEN 40 datei durch einen integrierte Editor erleichtert werden vgl Benutzerhandbuch im Anhang Das Programm zur interferometrischen Langenmessung k nnte als Men punkt in das MeBprogramm aufgenommen werden Somit best nde eine einheitliche Bedienung beider Me verfahren an diesem Aufbau 5 2 Zusammenfassung Das ber eine einstellbare Wegdifferenz an dem Michelson Interferometer erzeugte Interferenzstreifenmuster kann durch eine CCD Karera detektiert werden Aus der Modulation des Streifenmusters und aus den Intensit ten der Teilstrahlen wird die Koh renzfunktion berechnet Entspricht die Wegdifferenz der Koh renzl nge so wird der Koh renzgrad zu 1 e Mit dem Interferometer Aufbau der von mir weitgehende bernommen wur de k nnen problemlos Interferenzmuster erzeugt werden Mit der CCD Kamera k nnen Interferenzmuster an einer station ren Position detektiert werde Die Me wert bertragung ber das Oszilloskop ist zwar umst ndlich bietet aber auch Vor teile Das MeBprogramm arbeitet zuverlass
39. ation die Datei FASM OBJ dE occ ee ec interface uses Glob Globale Deklarationen dE a an procedure CoSiTab n integer Muss vor dem ersten Aufruf von FFTAsm aufgerufen werden procedure FFTAsm var xr xi Realarray n nu integer hin boolean implementation var CosTab array 0 nmax 1 of single SinTab array 0 nmax 1 of single procedure CoSiTab n integer var ANHANG D PROGRAMMLISTING 106 i integer s single begin s e 2 x Pi n for i 0 to n 1 do begin SinTab i sin s i CosTab i cos s i end end CoSiTab 3 procedure FFTAsm var xr xi Realarray n nu integer hin boolean external L FASM anne end XFFT 3 EE D 9 Unit KoherU Berechnung des Kohaerenzgrades und der Kohaerenzlaenge unit KoherU interface procedure gammaBerechnung procedure LCBerechnung implementation ANHANG D PROGRAMMLISTING 107 uses Glob Globale Deklarationen LoadSave Laden und Speichern von Dateien TransU Vorbereitungen zur inversen FFT Turbo Pascal Standard Units App Crt Dialogs Objects Views Berechnung des Kohaerenzgrade
40. auf geachtet werden da das Oszilloskop im DC Modus betrieben wird Bei Messungen im AC Modus w ren verschiedene Messungen z B die Aufnahme eines Interferenzmusters und einer Nullintensit t nicht vergleichbar da die Nullinie verschoben wird Die CCD Kamera liefert ein Videosignal mit einem Offset Anteil von ca 5 V und darauflie gendem Signal von maximal 2 V Da eine Darstellung dieses Signals im DC Modus eine geringe Aufl sung im interressierenden Bereich ab 5 V liefert ist es sinvoll den Offsetanteil vor der Signaleingabe in das Oszilloskop abzuziehen Aus diesem Zweck wurde eine Subtrahierenschaltung vor dem Oszilloskop zwischengeschaltet KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 15V Abbildung 3 2 Subtrahierer Schaltung C LOP CA 3240 Tabelle 3 1 Bauelemente der Subtrahierer Schaltung 14 KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 15 Diese Schaltung ist im Geh use der Elektronischen Komponenten der interfe rometrischen L ngenmessung integriert und wird mit einer Vorsorgungsspannung von 15 V betrieben Die Betriebsspannung des Operationsverst rkers ist ber je weils einen Widerstand R3 und einen Kondensator C gepuffert Hierdurch wird ein Einschwingen des Operationsverst rkers unterdr ckt In der Subtrahiererschaltung wurden vier gleiche Widerst nde F4 verwendet so da die Verst rkung zu 1 wird Die vom Me signal abzu
41. ax round In nmax 1n 2 h ENDIF Betragsbildung for i O to nmax 1 do Itrans i sqrt sqr IRe i sqr IIm i if h then Itrans 0 Itrans 0 2 end Transformation Aufrufen der FFT procedure FFTBerechnung var FFThin boolean begin if not Exists copy FileName 0 Length FileName 3 ExtMess then Convert ANHANG D PROGRAMMLISTING 100 else FileName copy FileName O Length FileName 3 ExtMess LoadFilel Imes FileName FFThin true Transformation FFThin FileName copy FileName 0 Length FileName 3 ExtFFT end FFTBerechnung Aufrufen der inversen FFT procedure Synthese var FFThin boolean begin FFTBerechnung FFThin false Transformation FFThin FileName copy FileName 0 Length FileName 3 ExtKor end Synthese Eindimensionale Fast Fourier Transformation ohne Coprozessor unit FFTU N E Achtung die Unit FFTU benoetigt waehrend der Kompilation die Datei BITREV OBJ interface ANHANG D PROGRAMMLISTING 101 uses Glob Globale Deklarationen procedure Tabelle n integer i Muss vor dem ersten Aufruf von FFT aufgerufen werden procedure FFT var XReal XImag Realarray n nu integer hin boolean implementation type RealTypearray array 0 nmax 1 of single var i q1 q2 q3 q4 integer Tabarray RealTypearray A Seca ce Sega aa ae gg C LE L
42. ca 1 7 Volt ablesen Das Ausgangssignal der Kamera ist bei der Messung eines Interferenzmusters von einem starkem Rauschen berlagert wodurch eine genaue Bestimmung der Maximal und Minimalwerte nicht m glich ist Dies ist jedoch erforderlich da diese Werte f r die Berechnung der Modulation ben tigt werden Zu Beginn meiner Arbeit habe ich dieses Rauschen mit einer elektronischen Tiefpasschaltung herausgefiltert Hierzu habe ich eine Tiefpass 4 Ordnung mit 4 Operationsverst rkern aufgebaut Dies f hrte jedoch zu Problemen da sich die Frequenz des Rauschens sich mit der Frequenz des Messignals ndert Dieses dynamische Rauschen ist haupts chlich auf Interferenzen an der Glasabdeckung der CCD Zeile zur ckzuf hren die fest mit der Zeile verbunden ist und nicht ohne Besch digung dieser entfernt werden kann Aus diesem Grund habe ich einen dynamischen Filter als Software in das Me programm integriert Dieser Filter ist in Abschnitt 3 5 3 1 beschreiben Ein weiteres Problem mit der Teifpasschaltung ergab sich dadurch da der Off setanteil des Videosignals sich st rker ndert wenn in der nachfolgenden Elektronik Kapazit ten verwendet werden Neben dem Videosignal liefert die CCD Kamera einen Synchronisations Impuls zu Beginn jeder Auslesung der Sensorzeile Dieses Signal wird auf den zweiten Eingang des Oszilloskops gegeben und dient zur Triggerung KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 17 3 3 Oszilloskop Als Schnittstelle zwis
43. chen CCD Zeile und PC steht ein Digital Speicher Oszilloskop vom Typ Phillips PM3350A zur Verf gung Diese Oszilloskop liefert ein digitales Si gnal mit einer Aufl sung von 1024 x 256 Punkten Ein digital gespeichertes Signal laBt sich vom Oszilloskop ber eine serielle Schnittstelle RS 232C direkt auf ei nem Plotter oder Drucker ausgeben Die Digitalisierung der MeBdaten wollte ich gerne durch eine A D Wandler Steckkarte im Me computer durchf hren lassen Dies h tte folgende Vorteile Auf das Oszillosokop k nnte verzichtet werden die Daten bertragung von der CCD Kamera zum PC w re wesentlich schneller und das Me signal k nnte mit einer h heren Aufl sung detektiert werden Zur Synchronisation von CCD Kamera und A D Wandler m te das interne Taktsignal der Kamera durch eine externe Taktung vom PC ersetzt werden Bei Versuchen mit einer preisg nstigen A D Wandler Steckkarte stellte sich jedoch heraus da mit den vorhandenen Komponenten kei ne Kompatibilit t in den Taktraten erreicht werden kann Wird die Pixelfrequenz der CCD Kamera vom PC durch da Me programm vorgegeben kann keine ausrei chende Geschwindigkeit erreicht werden Die einzelnen Pixel werden zu langsam ausgelesen die Integrationszeit wird also zu gro und das Signal wird unbrauch bar Dies k nnte durch einen wesentlich schnelleren PC umgangen werden Hier mu dann jedoch auch die A D Wandler Steckkarte in sehr kurzer Zeit die Digita lisierung durchf hren E
44. chnung des Koharenzgrades und der Koh renzl nge Aus den ermittelten Werte f r Imax und Imin Kann zun chst die Modulation nach 2 10 berechnet werden Sie ergibt sich hier zu M 0 879 KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 27 Mit lopj und I er kann aus 2 26 der Koh renzgrad f r diese Wedifferenz berech net werden M lobj Jet 8 2 2 lobj let 0 883 Dies ist das Ergebnis einer Einzelmessung bei einer Wegdifferenz von 5 cm In der Beispielmessung wurden bei dieser Me reihe je 10 Einzelmessungen pro Weg differenz durchgef hrt Aus den 10 Messungen ergibt sich f r den Koh renzgrad ein Mittelwert von y 20 79 0 12 Hieraus kann nun die Koh renzzeit bzw l nge nach 2 22 berechnet wer den Da eine Berechnung aus einer Messung bei nur einer Wegdifferenz jedoch einer relativ gro en Tolerenz unterliegt ist es sinnvoll die Messung der Intensit ten bei mehreren unterschiedlichen Wegdifferenzen zu wiederholen Somit erh lt man eine Anzahl von Wertepaaren f r die verschiedenen Wegdifferenzen und den ent sprechenden Koh renzgrad An diese Werte kann jetzt die Koh renzfunktion an geglichen werden In diesem Beispiel wurden 9 Wegdifferenzen zwischen 0 und 25 cm vermessen Die berechnete Koharenzfunktion ist in Abbildung 3 13 dargestellt d cm Abbildung 3 13 Koh renfunktion Ar Laser 514 5 nm F r diese MeBreihe kann die Koharenzlange zu KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 28 le
45. dann emittiert der Laser stabil Strahlung und die zeitlichen Intensitatsschwankun gen nehmen ab Vor Beginn der Messung ist die Verkabelung der Ger te zu berpr fen Neben den Spannungsversorgungen sind die Signalleitungen wie folgt angeordnet e BNC Kabel vom Video Ausgang der CCD Kamera zum Eingang des Subtra hierers e BNC Kabel vom Ausgang des Subtrahierers zum Eingang Kanal A am Oszil loskop e BNC Kabel vom Sync Ausgang der CCD Kamera zum Eingang Kanal B am Oszilloskop e Serielles Plotterkabel vom Oszilloskop zum PC Das Oszilloskop mu eingeschaltet werden es ben tigt jedoch keine Warmlauf zeit Folgende Einstellungen am Oszilloskop m ssen zur Daten bertragung zum PC ge ndert werden e Durch dr cken der Taste DIGITAL MEMORY den digitalen Speicherbetrieb ein stellen e Mit der Taste TRIG or X SOURCE den Trigger auf Kanal B einstellen An die sem liegt der Sync Impuls an Im Display erscheint ein B e Durch gleichzeitiges dr cken der Tasten MENU und AUTO SET das Service Menu aufrufen Hier m ssen im Anwendungswahl Menu Softkey APPL fol gende drei Parameter ver ndert werden Untermenu RS232 aufrufen und hier Untermenu BAUDRATE aufrufen Den Parameter OUT SPD Ausgangs Geschwindigkeit auf 9600 setzen Da nach zweimaliges dr cken des Softkeys RETURN Mit Softkey PLOT das Plotmenu aufrufen Mit PLOT KEY die Angabe PLOT DIGITAL einstellen Durch dr cken von TYPE den Plottertyp HP7550 ausw
46. data bits if StopBits 2 then ComParm ComParm or 0004 else ComParm ComParm or 0000 default to 1 stop bit use the BIOS COM port initialization routine to save typing the ANHANG D PROGRAMMLISTING 91 code BIOS_RS232_Init Async_Port 1 ComParm GetIntVec Async Irq 8 Async_OriginalVector SetIntVec Async_Irq 8 Async_Isr read the RBR and reset any possible pending error conditions first turn off the Divisor Access Latch Bit to allow access to RBR etc DisableInterrupts Port UART_LCR Async_Base Port VART LCR Async_Base and 7F read the Line Status Register to reset any errors it indicates i Port UART_LSR Async_Base read the Receiver Buffer Register in case it contains a character i Port UART_RBR Async_Base enable the irq on the 8259 controller i Port I8088_IMR get the interrupt mask register m 1 shl Async Irq xor 00FF Port I8088 IMR i and m enable the data ready interrupt on the 8250 Port UART IER Async Base 01 enable data ready interrupt enable OUT2 und DTR on 8250 3 i Port UART MCR Async Base Port UART MCR Async Base i or 09 x f08 xxxt EnableInterrupts Async Open Flag TRUE bug fix by Scott Herr Async Open TRUE end end Async Open function Async Buffer Check var C Char Boolean see if a character has been received return it if yes
47. des Statt da ich die vorliegende Arbeit selbstst ndig und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe die aus fremden Quellen direkt oder indirekt bernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ahnlicher Form in keiner anderen Pr fungskommision vorgelegt und auch nicht ver ffentlicht Wedel 26 August 1997 136 Programmdiskette Die Programmdiskette enh lt folgende Dateien Im Hauptverzeichnis V CM exe EGAVGA bgi MeBprogramm Borland Graphics Interface Im Unterverzeichnis SOURCE CM pas Glob pas MessU pas ASync4U1 pas ConvertU TransU pas FFTU pas XFFT pas KoherU pas Anzeige pas LoadSave pas MotorU pas Etc pas Hauptprogramm Globale Deklarationen MeBdialog und Einlesen der Daten Schnittstellenansteuerung Konvertierung der Plot Daten Bereitstellung der Daten zur inversen FFT Berechnung der inversen FFT ohne Coprozessor Berechnung der inversen FFT mit Coprozessor Berechnung des Koh rengrades und der Koharenlange Grafische Ausgabe der Daten Routinen zum Laden und Speichern Motorsteuerung zusatzliche Programmteile Im Unterverzeichnis OBJECTS Bitrev obj FAsm obj Object f r FFTU pas Object f r XFFT pas 137 PROGRAMMDISKETTE 138
48. e kann am Oszil loskop berpr ft werden ber die Verstellm glichkeiten am Halter des Objektprismas l t sich sowohl die Ortsfrequenz der Interferenzstreifen als auch ihre Ausrichtung einstellen Die Kamera sollte so positioniert werden da die Interferenzstreifen senkrecht zur Aus richtung der Zeile auftreffen F r eine Messung ist am besten ein Interferenzmuster mit ca 3 bis 5 Interferenzstreifen geeignet Die Breite der Interferenzstreifen die auf die Kamera fallen l t sich ebenfalls durch die Wahl eines Mikroskop Objektivs mit anderer Vergr erung ver ndern Am Oszilloskop mu die Horizontale Zeitbasis Einstellung mit dem Up Down Schalter TB auf einen Wert von 50 us div oder niedriger eingestellt werden Hier durch wird gew hrleistet da das Me signal den gesamten zeitlichen Darstel lungsbereich des Oszilloskops ausf llt Durch die Einstellung der Triggerverz ge rung kann mit dem Up Down Schalter TRIG DEL das Signal in den Darstellungsbe reich geschoben werden Der Eingangsabschw cher von Kanal A ist zun chst mit dem Up Down Schalter A auf den Minimalwert von 2 mV div zu stellen Jetzt kann bei abgeblendeten Strah len ber das Potentiometer des Subtrahierers der abzuziehende Offsetanteil so eingestellt werden da die Nullinie am unteren Bildrand liegt Uber den Eingangs abschw cher kann dann die vertikale Aufl sung f r ein MeBsignal m glichst hoch eingestellt werden KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE
49. eichnis Eidesstattliche Erklarung Programmdiskette 31 33 33 35 36 39 39 40 41 47 61 61 62 63 63 63 64 64 66 66 70 73 83 94 97 100 105 106 113 124 128 132 134 136 137 Abbildungsverzeichnis 2 1 Interferenz zweier Teilstrahlen die unterschiedliche Wege zur cklegen 2 2 Folge von Wellenz gen unterschiedlicher Lebensdauerz 2 3 Korrelationsfunktion eee eee 2 4 Koharenzfunktion Cm onen 2 5 Strahlengang beim Michelson Interferometer 2 6 Interferenzstreifenmuster beim Michelson Interferometer 3 1 Interferometer Aufbau 000222 3 2 Subtrahierer Schaltung 0000020200 3 3 Linearitat der CCD Kamera lll 3 4 Gemessene Intensitatsverteilung des Interferenzmusters 3 5 FFT der Intensit tsverteilung des Interferenzmusters 3 6 Bereinigte FFT der Intensitatsverteilung des Interferenzmusters 3 7 Gefilterte Intensit tsverteilung des Interferenzmusters 3 8 Gemessene Intensitatsverteilung des Objektstrahls 3 9 Gefilterte Intensit tsverteilung des Objektstrahls 3 10 Gemessene Intensit tsverteilung des Referenzstrahls 3 11 Gefilterte Intensit tsverteilung des Referenzstrahls 3 12 Messung der Nullintensit t 3 13 Koharenfunktion Ar Laser514 5nm ls 4 1 Koharenfunktion Ar Laser Monomodebetrieb 4
50. eines Interferenzgesetz Man bezeichnet zwei Wellen als koh rent wenn sie eine zeitlich konstante Pha sendifferenz aufweisen In der Praxis kann diese Bedingung nur n hrungsweise erf llt werden man spricht dann von Teilkoh renz Im Beobachtungspunkt P der Abbildung 2 1 soll die Interferenz von zwei ebe nen Teilwellen beobachtet werden die aus derselben Quelle Q z B Laser stam mem aber unterschiedliche optische Wege zur ckgelegt haben Die beiden Wellen k nnen durch Ets EUER Exp aa 2 1 beschrieben werden Legt die Welle 2 einen k rzeren Weg zur ck so eilt sie der Welle 1 um einen der Laufzeit 7 entsprechenden Phasenwinkel wr vor und man erh lt f r den an einem festen Ort interressierenden zeitabhangigen Anteil der Feldst rken KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 3 Q1 Weg 1 nes Q2 Abbildung 2 1 Interferenz zweier Teilstrahlen die unterschiedliche Wege zur ckle gen Ej E e t Es Eee 2 2 Damit wird die Feldst rke im Punkt P Ep E E und die mittlere Intensit t Ip Ip zecEpE GE E E E3 zeelEi Eo E E5 E1 Eb 2 3 Wegen ee see 2 4 zeciEi h zeelEa b E E EE 2Re E E3 2 5 gilt dann IpP h k ecRe E E 2 6 Hierbei sehen h h f r die Intensitaten der Einzelstrahlen der dritte Term be schreibt die Interferenz Jetzt kann man die Korrelationsfunktion einf hren T 2 Lil EGER 7 gt J E BER Nat 2 7 Bei Normieru
51. einlesen ANHANG D PROGRAMMLISTING GetData AnzeigeSchalter case Anzeigeschalter of O AusgabeMessung 1 AusgabeFFT 2 AusgabeSynthese end if AnzeigeSchalter lt gt O then begin Option zum Speichern der Daten R Assign 0 O 45 9 DDD New PDialog Init R Speichern with DDD do begin Options Options or ofCentered R Grow 1 1 Dec R B Y 3 Insert New PStaticText Init R 413 C Daten speichern R Assign 9 6 19 8 Insert New PButton Init R J a cmYes bfDefault R Assign 25 6 35 8 Insert New PButton Init R N ein cmNo bfNormal end Command2 Desktop ExecView DDD if Command2 cmYes then SaveFileR ITrans FileName Dispose DDD Done end end end Dispose DD Done until Commandi cmCancel else MessageBox 3 Datei FileName nicht gefunden 13 13 nil mfError or mf KButton end Dispose D Done until Command cmCancel end GrafikAusgabe ANHANG D PROGRAMMLISTING 122 Ausgabe einer Kohaerenzfunktion 3 procedure LCDarstellung var D PFileDialog i Command word FaktorX FaktorY real Taste char begin Extens ExtDaten repeat D New PFileDialog Init Extens Protokollatei oeffnen N ame DAT fdOpenButton fdReplaceButton Command Desktop ExecView D if Command lt gt cmCancel then begin D GetFileName FileName if Exists FileName then begin
52. eite nicht sinnvoll 4 2 Helium Neon Laser HeNe Laser emittieren Ihre Strahlung bei einer Wellenlange von 632 8 nm Hier wurde eine MeBreihe an einem HeNe Laser der Firma Melles Griot vom Typ 05 LHP 911 Serien Nr 3552AR durchgef hrt Dieser Laser wird im Laserlabor an einer Laser Doppler Aneometrie Me anlage verwendet Tabelle 4 6 Berechnete Koh renzgrade HeNe Laser Die Koharenzlange berechnet sich f r den HeNe Laser zu le 29 1 cm Handels bliche HeNe Laser haben Koh renzl ngen um 20 bis 30 cm Andere Angabe gehen von gr er 30 cm aus Diese Werte k nnen ebenfalls best tigt werden Die Koh renzzeit betragt hier Tc 2 9 7 ns und f r die spektrale Breite ergibt sich AXA 1 4 pm 8 Jeff Hecht The Laser Guidebook 5 S 93 Holger Venzke Koh renz Rader Ein aperturunabhngiges Verfahren zur 3D Formerfassung op tisch rauher Objekte 11 S 23 KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 36 d cm Abbildung 4 4 Koh renfunktion HeNe Laser Dieser Wert deckt sich relativ gut mit Literaturangaben die von einer Breite der Spektrallinie von ca 1 9 pm ausgehen 3 4 3 Fehlerbetrachtung Die angegebenen Me ergebnisse unterliegen alle einer gro en Toleranz In die sem Abschnitt soll nun auf die m glichen Fehlerquellen eingegangen werden Den Me proze betreffend k nnen folgende Punkte angef hrt werden Bei der Einstellung der Wegdifferenz mu man eine Unsicherheit von ca 1 mm in Betracht ziehen Diese U
53. elbst ermit telt Hier bietet es sich an mit dem MeBsignal eine Fouriertransformation durch zuf hren Durch die Fourierertranformation wird das Spektrum berechnet Dies geschieht im Me programm ber den Algorithmus der schnellen Foueriertransfor mation Fast Fourier Transformation FFT Abbildung 3 5 zeigt die FFT des MeBsi gnals ER 0 4 0 3 0 2 0 1 Abbildung 3 5 FFT der Intensit tsverteilung des Interferenzmusters Aus dem Fourierspektrum des Signals l t sich jetzt die Signalfrequenz ermit KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 22 teln Sie ist bei dem h chsten Peak im Spektrum nach dem Gleichanteil bei Fre quenz Null gekennzeichnet Es k nnen auch die h herfrequenten Rauschanteile erkannt werden die herausgefiltert werden sollen W hlt man die Grenzfrequenz jetzt zu hoch so werden nach der folgenden Synthese inverse FFT noch signi fikante Rauschanteile im Signal erkennbar sein Bei zu niedriger Grenzfrequenz werden die Maxima und Minima abgeflacht da das Signal keine genau definier te Frequenz besitzt Es hat sich herausgestellt da die Wahl der Grenzfrequenz bei 2 5 facher Signalfrequenz zu den besten Ergebnissen f hrt Ab dieser Grenz frequnz werden die Frequenzanteile im Fourierspektrum auf Null gesetzt Diese bereinigte FFT ist in Abbildung 3 6 f r die Beispielmessung dargestellt 057 0 4 4 0 3 5 0 2 4 0 1 4 Abbildung 3 6 Bereinigte FFT der Intensit tsverteilung des Int
54. eltac FaktorY 20 repeat Taste readkey until Taste in chr 27 Escape Taste GraphicsStop end end end else MessageBox 3 Datei FileName nicht gefunden 13 13 nil mfError or mfOKButton end Dispose D Done ANHANG D PROGRAMMLISTING until Command cmCancel end CMDarstellung 3 D 11 Unit LoadSave Routinen zum Laden und Speichern von Dateien unit LoadSave interface uses Glob Globale Deklarationen procedure LoadFilel var Wert Wordarray fn string procedure SaveFilel var Wert Wordarray fn string procedure LoadFileR var Wert Realarray fn string procedure SaveFileR var Wert Realarray fn string procedure LoadDatFile procedure SaveDatFile procedure LoadGammaFile procedure SaveGammaFile Laden einer Integer Messdaten Datei 3 procedure LoadFilel var Wert Wordarray fn string var i word 124 ANHANG D PROGRAMMLISTING 125 f Text begin Assign f fn Reset f for i O to nmax 1 do ReadLn f Wert i Close f end LoadFileI Speichern einer Integer Messdaten Datei procedure SaveFileI var Wert Wordarray fn string var i word f Text begin Assign f fn ReWrite f for i O to nmax 1 do WriteLn f Wert i 4 Close f end SaveFileI Laden einer Real Messdaten Datei procedure LoadFileR var Wert Realarray fn string var i word f Text begin A
55. en Messung entschieden werden Wird mehr als eine Einzelmessung gew nscht d rfen die Dateinamen der Messun gen keine 8 Zeichen mehr lang sein da jeweils eine entsprechende Nummer an geh ngt wird Wenn alle Angaben korrekt sind startet der Me vorgang ansonsten erscheint eine Fehlermeldung und die Eingaben k nnen entsprechend ge ndert werden Im folgenden Fenster wird der Benutzer aufgefordert die PLOT Taste am Oszil loskop zum einlesen der Messdaten zu dr cken Es ist jeweils die Nummer und die Art der Messung angegeben so da gegebenenfalls Teilstrahlen ausgeblendet werden m ssen Hier werden alle Messungen f r eine Wegdifferenz nacheinan der abgearbeitet Der Me vorgang kann jederzeit mit der ESC Taste abgebrochen werden Nach Beendigung der Messung besteht die Option eine weitere Messung auf zunehmen oder abzubrechen Bei einer weitere Messung m ssen die Datein amen und die Wegdifferenz in den Eingabefelder entsprechend ge ndert werden Einstellung einer neuen Wegdifferenz siehe C 6 Sollen die Objektstrahl die Referenzstrahl oder die Nullintensit tsmessung nicht erneut aufgenommen wer den k nnen Ihre Dateinamen unver ndert bleiben Sie werden dann nach einer Abfrage in die Protokolldatei aufgenommen Dies kann je nach Art der Strahlungs quelle und Ver nderungen in der Justierung entschieden werden Der Me vorgang startet wieder nach Pr fung auf Korrektheit aller Eingaben Dieser Me dialog wird solange wiederholt bi
56. ensitaetskurve var i word FaktorX FaktorY real begin FaktorX GetMaxX 40 nmax FaktorY GetMaxY 60 hmax for i 1 to nmax 1 do Line round i 1 FaktorX 20 round hmax 1 Imes i 1 FaktorY 20 round i FaktorX 20 round hmax 1 Imes i FaktorY 20 end Intensitaetskurve Zeichnen einer FFT procedure Transformationskurve var i word FaktorX FaktorY ymax real begin FaktorX GetMaxX 40 nmax div 2 ymax Itrans 0 for i 1 to nmax div 2 1 do ANHANG D PROGRAMMLISTING 117 if Itrans i gt ymax then ymax Itrans il FaktorY GetMaxY 60 ymax for i 1 to nmax div 2 do Line round i 1 FaktorX 20 round ymax Itrans i 1 FaktorY 20 round i FaktorX 20 round ymax Itrans i FaktorY 20 end Transformationskurve Zeichnen einer bereinigten Intensitaetsverteilung procedure Synthesekurve var i word FaktorX FaktorY real begin FaktorX GetMaxX 40 nmax FaktorY GetMaxY 60 hmax for i 1 to nmax 1 do Line round i 1 FaktorX 20 round hmax 1 Itrans i 1 FaktorY t 20 round i FaktorX 20 round hmax 1 Itrans il FaktorY 20 end Synthesekurve Vorbereitung zur Ausgabe einer gemessenen Intensitaetsverteilung 3 procedure AusgabeMessung var Taste char begin if not Exists copy FileName 0 Length
57. erenzfunktion 3 procedure SkalierungLC var i Xmax Xskal FaktorY word FaktorX real stri str2 string begin FaktorY GetMaxY 59 div 10 for i O to 10 do Line 17 19 i FaktorY 23 19 i FaktorY OutTextXY 8 17 1 OutTextXY 8 GetMaxY 43 0 OutTextXY 8 round 11 10 1 exp 1 FaktorY P10 OutTextXY 8 round 17 10 1 exp 1 FaktorY OutTextXY 8 round 22 10 1 exp 1 FaktorY e for i 0 to 50 do PutPixel round 20 i GetMaxX 40 50 round 19 10 1 exp 1 FaktorY white Xmax round w 0 delta for i 1 to Anzahldelta 1 do if w i delta gt Xmax then Xmax round w i delta case Xmax of 0 10 Xskal 1 11 20 Xskal 2 21 50 Xskal 5 else Xskal 10 end FaktorX GetMaxX 39 XMax i 2 0 while i x XSkal lt Xmax do begin Line round 20 i Xskal FaktorX GetMaxY 37 round 20 i Xskal x FaktorX GetMaxY 43 str i Xskal stri ANHANG D PROGRAMMLISTING 116 OutTextXY round 16 i Xskal x FaktorX GetMaxY 33 str inc i end str deltac 3 1 stri str deltacSAM 3 1 str2 if AnzahlMessung gt 1 then stri Lc stri chr 241 str2 cm else stri Lc stri cm OutTextXY GetMaxX 180 30 stri end SkalierungLC Zeichnen einer gemessenen Intensitaetsverteilung procedure Int
58. erferenzmusters F hrt man mit diesem bereinigten Spektrum eine R cktransformation durch erh lt man ein wesentlich rauschfreieres Signal Abbildung 3 7 in dem die Ex tremwerte leicht ermittelt werden k nnen Es ergeben sich folgende den Intensit ten entsprechende Werte Imax 0 718 I min 0 207 3 5 3 2 Intensit ten der Teilstrahlen Man kann nicht von gleichen Intensit ten der beiden Teilstrahlen ausgehen Aus diesem Grund m ssen die Intensit tsverteilungen der beiden Teilstrahlen ebenfalls KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 23 Abbildung 3 7 Gefilterte Intensit tsverteilung des Interferenzmusters bestimmt werden Hierzu wird wie bei der Messung eines Interferenzmusters vor gegangen jedoch wird jeweils ein Teilstrahl abgeblendet Theoretisch w re es ausreichend die Intensit t eines Teilstrahls z B des Re ferenzstrahl zu messen Aus dieser Verteilung und aus dem Interferenzmuster kann man die Intensit t des anderen Teilstrahls berechnen Diese Vorgehensweise hat sich aber schon zu Beginn meiner Arbeit als Fehlerquelle herausgestellt weil Fehler durch Intensit tsschwankungen durch diese Berechnung verst rkt werden Die Intensit tsverteilungen der Teilstrahlen sind ebenfalls von einem Rauschen berlagert Deswegen ist es sinnvoll auch hier eine Filterung durch Fouriertran formation durchzuf hren In Abbildung 3 8 bis 3 11 sind die gemessenen Inten sit tsverteilungen sowie die gefilterten Intensit tsve
59. f einschalten procedure MotorVor begin port portic 40 1 0100 0000 end MotorVor ANHANG D PROGRAMMLISTING 130 Motorruecklauf einschalten procedure MotorZurueck begin port portic 80 41 1000 0000 end MotorZurueck 3 Motor abschalten procedure MotorStop begin port portic 00 alle Eingaenge null end MotorStop 3 Abfrage Endabschalter 3 procedure Stopsignal begin stop port portib end Stopsignal Dialog zur Motorsteuerung procedure Motorsteuerung var R TRect D PDialog Taste char begin Init R Assign O 0 40 13 D New PDialog Init R Motorsteuerung with D do begin Options Options or ofCentered ANHANG D PROGRAMMLISTING 131 R Grow 1 1 Dec R B Y 3 Insert New PStaticText Init R 13 3 vorwaerts rueckwaerts 13 3 v lt r gt 13 3 Stop durch beliebige Taste 13 13 3 lt Einzelschritte 13 13 3 Ende mit lt ESC gt end Desktop Insert D repeat repeat if keypressed then begin Taste readkey case Taste of V y begin Motor vorwaerts MotorStop MotorVor end bi Ur begin Motor vorwaerts MotorStop MotorZurueck end chr 75 begin Motor vorwaerts Einzelschritt 3 MotorStop MotorVor delay timeout1 MotorStop end chr 77 begin Motor rueckwaerts Einzelschritt 3 MotorStop MotorZurueck delay
60. gamma ReadLn f w i SAM end Close f end LoadGammaFile 3 ANHANG D PROGRAMMLISTING 128 Speichern einer Ergebnis Datei procedure SaveGammaFile var i word f Text begin Assign f filename ReWrite f WriteLn f deltac 9 3 WriteLn f deltacSAM 9 3 for i O to Anzahldelta 1 do begin WriteLn f WriteLn f w i delta 9 3 WriteLn f w il gamma 9 3 WriteLn f w i SAM 9 3 end Close f end SaveGammaFile 3 Motorsteuerung 3 unit MotorU interface procedure Motorsteuerung ANHANG D PROGRAMMLISTING 129 implementation uses Turbo Pascal Standard Units App Crt Dialogs Objects Views const portia 1B0 Schreib Lesepuffer CN1 Kanal A portib 1B1 Schreib Lesepuffer CN1 Kanal B portic 1B2 Schreib Lesepuffer CN1 Kanal C portir 1B3 Kontroll Register CN1 3 port2a 1B4 Schreib Lesepuffer CN2 Kanal A port2b 1B5 Schreib Lesepuffer CN2 Kanal B port2c 1B6 Schreib Lesepuffer CN2 Kanal C port2r 1B7 Kontroll Register CN2 timeouti 100 100 ms Einzelschritt Vor timeout2 10 10 ms Einzelschritt Zurueck var stop Byte Zustand des Endabschalters See eee ee eee eee eee ee ee D Initialisierung procedure Init begin port portir port port 2r end 92 1 CN1 Kanal A amp B Eingang Kanal C Ausgang 92 1 CN2 Kanal A amp B Eingang Kanal C Ausgang Motorvorwaertslau
61. gramm mit der Tastenkombination Alt X oder mit der Maus durch anklicken von Exit C 1 Aufnehmen einer neuen MeBreihe Soll eine neue MeBreihe an einer Strahlungsquelle aufgenommen werden ist es zun chst sinnvoll f r diese MeBreihe ein eigenes Verzeichnis anzulegen da i a relativ viele Dateien erstellt werden ber den Men punkt Messung wird zun cht ein Dialogfenster ge ffnet in dem der Name f r die Protokolldatei dieser MeBrei he vergeben wird Hier kann ein Name gew hlt werden der die Strahlungsquelle beschreibt Die Erweiterung DAT darf nicht ver ndert werden Diese Protokolldatei muB sich im MeBverzeichnis befinden In der Protokolldatei werden die Namen der Interferenz Objektstrahl Referenzstrahl und Nullintensitatsmessung f r jede Wegdifferenz sowie die Anzahl der Einzelmessungen gespeichert Wurde die Protokolldatei korrekt bezeichnet wird der Benutzer im n chsten Dialogfenster aufgefordert die Dateinamen f r Interferenz Objektstrahl 61 ANHANG C BENUTZERHANDBUCH MESSPROGRAMM 62 Referenzstrahl und Nullintensit tsmessung ohne Erweiterung einzugeben Bei der ersten Messung sind in den Eingabefeldern als Standardnamen i0 o0 r0 und d0 eingeblendet Diese k nnen ensprechend geandert werden In einem weiteren Eingabefeld ist die Wegdifferenz in cm einzugeben Die Anzahl der Einzelmes sungen wird ebenfalls abgefragt Dieser Wert kann ber eine gesamte MeBreihe nicht ver ndert werden also muf3 bei der erst
62. hlen Anschlie Bend RETURN dr cken Mit der Taste AUTO SET wird das Service Menu wieder geschlossen KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 19 Leider k nnen diese nderungen nicht gespeichert werden so da die Einstel lungen nach jedem Einschalten des Oszilloskops vorgenommen werden m ssen Der Me computer sollte gestartet werden da ber das Me programm die Mo torsteuerung des Wagen erfolgt und dieser zur Justierung des Aufbaus bewegt werden mu 3 5 2 Justierung des Aufbaus Zun chst wird der Laserstrahl ber den Umlenkspiegel so in den Interferometer Aufbau eingekoppelt da er parallel zur Linearf hrung des Wagens verl uft Der Strahls sollte den Strahlteilerw rfel ungef hr in der Mitte treffen Die Einstellungen des Strahlteilers und des Referenzprismas m ssen in der Regel nicht verandert werden Der Tubus mit dem Mikroskop Objektiv wird durch seine Linearf hrung so in den Strahlengang gef hrt da ber die Verstellm glichkeiten des Objektprismas auf dem Wagen der Objekstrahl mit dem Referenzstrahl f r jede Wagenposition berlagert werden kann und da die berlagerung der Strahlen in das Objektiv einf llt Es ist darauf zu achten da beide Teilstrahlen f r sich die Kamerazeile m glichst gleichm ig ausleuchten und da die auf die Kamera treffenden Inten sitaten der Teilstrahlen m glichst gleich hoch sind Dadurch wird eine eine hohe Modulation erreicht Die Intensit tsverteilung auf der Kamerazeil
63. i Itrans il Imin Imin Imini 2 end else begin if max gt 0 8 Tau then begin for i max downto max round 0 75 Tau do if Itrans i lt Imin then Imin Itrans i end else for i max to max round 0 75 Tau do if Itrans i lt Imin then Imin Itrans i end Imax Imax IO Imin Imin i0 Modulation M Imax Imin Imax Imin Kohaerenzgrad gam M Iref max Iobj max l 2 sqrt Iref max Iobj max Mittelwert ueber die Messungen w jl gamma gam Messung w jl gamma Messung 1 Standardabweichung Summe Summe gam QSumme QSumme sqr gam if Messung gt O then ANHANG D PROGRAMMLISTING 111 w jl SAM sqrt abs QSumme 2 Summe w jl gamma Messung 1 sqr w j gamma Messung 1 Messung else w j SAM 0 end if keypressed then begin Taste readkey if Taste chr 27 then Abbruch true end Dispose DD Done if Abbruch then j Anzahldelta 1 end FileName fnsave Dispose Iref Dispose Iobj end gammaBerechnung Berechnung der Kohaerenzlaenge procedure LCBerechnung var i word dc gam Summe tmp tmpa real begin Kohaerenzlaenge tmp 1 for i O to Anzahldelta 1 do if abs w il gamma exp O 1 lt tmp then begin deltac w il delta tmp abs wlil gamma exp 0 1 end Summe 0 for i 0 to Anzahldelta 1 do begin
64. ie Messdaten als Integerwerte gespeichert sind FFT Dateien Vom Typ FFT enthalten die Daten der Fouriertransformation einer Ein zelmessung Die Werte sind vom Typ Real KOR Die Daten einer gefilterten Intensit tsverteilung k nnen in einer Datei vom Typ KOR ebenfalls als Realwerte gespeichert werden DAT In der Protokolldatei DAT einer MeBreihe werden die Informationen ber die zu der MeBreihe geh renden Einzelmessungen gespeichert In den ersten zwei Zeilen stehen die Anzahl der Wegdifferenzen f r die Messungen auf genommen wurden und die Anzahl der Einzelmessungen pro Wegdifferenz Hierauf folgen f r jede Wegdifferenz ein Datensatz der den Namen der Nullin tensit ts der Referenzstrahl der Objektstrahl und der Interferenzmessung sowie die Wegdifferenz in cm enth lt Diese Datei kann n tigenfalls per Hnad editiert werde z B wenn eine Messung aus einer Me reihe gel scht werden soll Hierbei ist unbedingt darauf zu achten da die Anzahl der Wegdifferen zen mit der Anzahl der Datens tze bereinstimmt und da je eine Leerzeile zwischen den Datens tzen erhalten bleibt Sofern eine Ergebnisdatei s u vorhanden ist sollte diese gel scht und neu berechnet werden GAM Das Ergebnis der Berechnung einer Me reihe wird in einer Datei vom Typ GAM gespeichert Diese Datei hat den gleichen Namen wie die Protokollda tei In dieser Datei stehen am Anfang die berechnete Koharenzlange und ANHANG C BENUTZERHANDBUCH MESSPROGRAMM 6
65. ig Bei den vermessenen Lasern konn ten die zu erwartenden Ergebnisse erreicht werden Die Anlage ist auf dem jetzigen Stand im Praktikum an der Fachhochschule einsetzbar jedoch k nnten noch einige Verbesserungen vorgenommen werden Es w re weiterhin interessant die Koh renzeigenschaften von Laserdioden zu untersuchen Dies k nnte eine geeignete Aufgabe im Rahmen eines Praktikums sein Anhang A Zeichnungen Zeichnung 1 Zeichnung 2 Zeichnung 3 Zeichnung 4 Halter f r Prismajustierung Halter f r Prisma Halter f r Linearversteller Halter f r Objektiv Ma zeile f r die optische Wegdifferenz 41 Anhang B Datenblatt der CCD Kamera 47 Anhang C Benutzerhandbuch MeB programm Das MeBprogramm wurde als Turbo Vision Standard Objekt definiert somit steht dem Benutzer eine f r Turbo Vision bliche Umgebung zur Verf gung Die Bedie nung kann mit der Maus oder ber die Tastatur erfolgen Beim Start erscheint eine kurze Programminformation In der Men leiste sind die Programmoptionen Messung Konvertieren Anzeige Berechnung Motorsteuerung und Etc Programminformation und Ta schenrechner sowie eine Uhr untergebracht Die Statuszeile enthalt Informationen ber Tastaturbefehle ber F10 l t sich die Men leiste aktivieren Die Programmoptionen k nnen ebenfalls mit der Tastenkombination Alt Markierter Buchstabe aufgerufen werden Mit der Esc Taste lassen sich Fenster schlie en Beendet wird das Pro
66. ine New PStatusLine Init R NewStatusDef 0 FFFF NewStatusKey C Alt X Exit kbAltX cmQuit NewStatusKey C F10 Menu kbF10 cmMenu NewStatusKey Esc Fenster schlieen kbEsc cmClose nil nil end InitStatusLine var ProgCM TCM begin CM New Imes New Itrans New IRe New IIm with ProgCM do begin Init Run Done ANHANG D PROGRAMMLISTING end Dispose Imes Dispose Itrans Dispose IRe Dispose IIm end CM 70 Deklaration globaler Konstanten Typen Variablen Prozzeduren und Funktionen unit Glob D interface const cmInfo 1001 cmRechner 1002 cmMessung 1003 cmConvert 1004 cmAusgabe 1005 cmGamma 1006 cmMotor 1007 hcRechner 1 hcInfo 2 hcMessung 3 hcConvert 4 hcAusgabe 5 hcGamma 6 hcMotor 7 ExtPlot PLT ExtMess MES ExtFFT FFT ExtKor KOR ANHANG D PROGRAMMLISTING ExtDaten ExtGamma DAT GAN nmax hmax 1024 256 type RealArray Wordarray DatFile record int obj ref dark end Werte record gamma SAM delta end RMessdaten record files array 0 3 of string 8 dates array 0 1 of string 8 end string real var df W Messdaten Imes Itrans IRe IIm Anzahldelta FFTmax AnzeigeSchalter AnzahlMessung Fehler deltac de
67. ltacSAm Tau FileName Path Extens Abbruch Ok function Exists Fn string procedure ValueR Param procedure ValueI Param boolean Pruefung ob eine Datei vorhanden ist function Exists Fn string boolean string var a string var i 71 array 0 nmax 1 of single array 0 nmax 1 of word array 0 30 of DatFile array 0 30 of Werte RMessdaten Wordarray Realarray word integer real string boolean real integer ANHANG D PROGRAMMLISTING 72 var Datei file begin Assign Datei Fn 1 Reset Datei I if IOResult O then begin Exists true Close Datei end else Exists false end Exists Konvertierung eines String in einen Real Wert procedure ValueR Param string var a real begin Val Param a Fehler Ok Ok and Fehler 0 end ValueR Konvertierung eines String in einen Integer Wert procedure Valuel Param string var i integer begin Val Param i Fehler Ok Ok and Fehler 0 end ANHANG D PROGRAMMLISTING 73 D 3 Unit MessU Messdialog Auswahl einer Protokolldatei Einlesen der Messdaten unit MessU I interface procedure Messdialog iU M eee ee er a ee e implementation uses Async4U1 Ansteuerung der seriellen Schnittstelle Glob Globale Deklarationen LoadSave Laden und Speichern von Dateien Turbo Pascal Standard Units App
68. n begin TReal XReal k TImag XImag k XReal k XReallil XImag k XImagli XReal i TReal XImag i TImag end inc k end n2 1 nul 1 kOstep 2 pstep n shr 1 for l 1 to nu do begin kO 0 repeat k KO kn2 kO n2 p 0 RealPtri XReal kn2 ImagPtri OXImag kn2 RealPtr2 XReal k ImagPtr2 XImag k for i 1 to n2 do begin c 7 Cosinus p if hin then s Sinus p else s Sinus p TReal RealPtri c ImagPtri s ANHANG D PROGRAMMLISTING TImag ImagPtri c RealPtri RealPtri RealPtr2 TReal ImagPtri ImagPtr2 TImag RealPtr2 RealPtr2 TReal ImagPtr2 ImagPtr2 TImag inc RRealPtri Low sizeof Single inc RRealPtr2 Low sizeof Single inc RImagPtri Low sizeof Single inc RImagPtr2 Low sizeof Single inc p pstep end inc k0 kOstep until kO n kOstep kOstep kOstep inc nul n2 n2 n2 pstep pstep shr 1 end if hin then begin rn2 2 n for i 0 to n 1 do begin XReal i rn2 XRealli XImagli rn2 XImaglil end end else begin for i O0 ton 1 do begin XReal i 0 5 XReal il XImag i 0 5 XImaglil end end end FFT 104 8 ANHANG D PROGRAMMLISTING 105 end FFTU Eindimensionale Fast Fourier Transformation mit Coprozessor unit XFFT N E Achtung die Unit XFFT benoetigt waehrend der Kompil
69. ner Messung Durch anw hlen der Menuoption Messung wird ein Dialogfenster ge ffnet in dem als Standardvorgabe eine Plotdatei ge ffnet werden kann Wird eine Datei aus gew hlt so erscheint ein Auswahlfenster in dem die Anzeigeoption gew hlt werden kann Es k nnen neben den Originalmessdaten einer Einzelmessung ihre Fourier transformation sowie die gefilterte Intensit tsverteilung ausgew hlt werden Nach dem Ausw hlen einer Option werden die Daten grafisch dargestellt Der Grafikbild schirm wird mit der Esc Taste wieder geschlossen Wenn die Fouriertranformation oder die gefilterte Intensit tsverteilung dargestellt wurde erscheint jetzt ein Anfra gefenster ob die berechneten Daten gespeichert werden sollen Die Daten werden bei Zustimmung in einer Datei vom Typ FFT bzw KOR abgelegt Eine Speicherung erspart bei wiederholter Darstellung derselben Messung eine erneute Berechnung Neben Dateien vom Typ PLT k nnen ebenfalls Dateien von Typ MES FFT und KOR ge ffnet werden sofern diese bereits erstellt wurden C 5 Anzeigen der Koharenzfunktion einer MeBreihe Soll eine Darstellung des Koh renzgrades in Abhangigkeit von der Wegdifferenz dargestellt werden so ist die Men option Berechnung zu w hlen Hier kann in ei nem Dialogfenster die Protokolldatei der gew nschten MeBreihe ausgew hlt wer den Falls die Ergebnisdatei siehe C 7 noch nicht berechnet wurde geschieht dies jetzt In einem Informationsfenster wird der Fortschritt der
70. ng auf die Effektivwerte der Felder erhalt man die normierte Kor relationsfunktion P0 Er Yan T41 0 r22 0 MY Damit l t sich sie Intensit t im Punkt P 2 6 durch die normierte Korrelation funktion ausdr cken 2 8 KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 4 lp h bh42 hbRe 7 5 7 2 9 Dies ist das allgemeine Interferenzgesetz f r teilkoh rentes Licht Die normierte Korrelationsfunktion Y12 r der wesentliche Teil des Interferenzterms ist abh ngig von der Laufzeitdifferenz 7 und damit der Lage des Punktes P Die Laufzeitun terschiede m ssen zur Erzielung einer hohen Koh renz klein gegen die mittlere Emissionszeit ro sein F r E E und 7 0 ist y 1 und beide Teilwellen sind in Phase Man hat also immer konstruktive Interferenz Die Qualit t der mit einem Interferometer hergestellten Streifenmuster kann quantitativ mit der Sichtbarkeit beschrieben werden die zuerst von Michelson for muliert wurde Sie kann auch als Modulation M oder Kontrastfunktion bezeichnet werden Imax Imin ape as MIL 2 10 Imax Imin Hier sind Imax und Imin die Intensit ten die einem Maximum und angrenzenden Minimum im Interferenzmuster entsprechen 2 2 Koharenzfunktion eines Gaslasers Wenn ein Atom oder ein Molek l in eine Gaslaser Strahlung emittiert entsteht eine schmale quasimonochromatische Linie der Frequenz vo Bewegt sich das Atom mit der relativen Geschwindigkeit v auf eine Betrachter zu oder von ihm weg so
71. ngenauigkeit w rde den berechneten Koh renzgrad einer Strahlungsquelle mit einer Koh renzl nge von 5 cm um maximal 1 verf lschen F r gr ere Koh renzl ngen wird dieser Fehler kleiner Bei einer Koh renzl nge von 20 cm w ren es nur noch 0 5 Die Wegdifferenzen ber den Strahlquerschnitt im um Bereich k nnen hier ver nachl ssigt werden Durch die Digitalisierung des Me signals im Oszilloskop wird die Signalh he der vertikalen Aufl sung des Oszilloskops entsprechend in 256 diskrete Wer te unterteilt Bei Ausnutzung der halben vertikalen Aufl sung f r das MeBsi gnal bleibt der Digitalisierungsfehler noch unter 1 96 Dieser Fehler setzt sich 8 Jeff Hecht The Laser Guidebook 5 S 92 KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 37 in der weiteren Berechnung fort und wird den Koh renzgrad um maximal 2 5 96 verfalschen e Bei der Filterung durch FFT und inverse FFT kann durch die Wahl der Grenz frequenz die H he der Extremwerte ver ndert werden In einem Bereich der Grenzfrequenz von 2 bis 3 facher Signalfrequenz verandern sich die Extrem werte um ca 1 Eine andere Wahl der Grenzfrequenz scheidet aus da sonst die Extremwerte entweder extrem abgeflacht werden oder das Rau schen deutliche Auswirkungen zeigt Durch die weitere Berechnung ergibt sich also wie bei dem Digitalisierungfehler eine Unsicherheit von 2 5 Insgesamt k nnen die Fehler durch die Me anlage etwa 5 betragen Einen wesentlich gr eren Einflu auf das E
72. nten Arbeit ausf hrlich beschreiben In diesem Kapitel werden die f r die Koh renzmessung relevanten und die neu hinzugef gten Kompenenten behan delt und der MeBvorgang erklart 3 1 Gesamtkonzept In Abbildung 3 1 ist der Interferometer Aufbau schematisch dargestellt ber den PC kann der Motor M angesteuert werden der eine Spindel antreibt Durch die Spindel wird der Wagen W mit dem Objektprisma P2 auf der Linearf hrung L be wegt Hier lassen sich Wegdifferenzen zwischen 0 und 90 cm einstellen Der Strahl des zu vermessenden Lasers wird ber einen Umlenkspiegel SP in den Auf bau eingekoppelt und trifft auf einen Strahlteilerw rfel ST Hier wird der Strahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt die vom Referenzprisma P1 und vom Objektprisma P2 zur ckgeworfen werden und wiederum den Strahlteiler durchlaufen Der Objekt strahl hat eine langere Wegstrecke zur ckgelegt in der berlagerung der beiden Strahlen hat dieser Anteil also eine Verz gerung 7 erfahren deren Einflu auf das Interferenzmuster untersucht werden soll Die berlagerung der beiden Strahlen wird durch ein Mikroskop Objektiv MO aufgeweitet und durchl uft einen Tubus T bevor sie auf den Detektor eine CCD Zeilenkamera trifft Das detektierte Signal wird durch einen Subtrahierer SUB von einem Offsetan teil befreit Hierauf wird weiter unten eingegangen Am Oszilloskop kann die Intensit tsverteilung auf der Kamerazeile betrachtet werden Im Oszilloskop erfolgt eine Digi
73. on der Gausschen Verteilungsfunktion f r Atom oder Molekularemission 2 12 kann Re y r berechnet werden P w 2 17 ReQ 0 Plu coswrd 2 18 0 Das Resultat ist wieder eine Gaussche Kurve Re 4 5 7 e 1 70 cos wor 2 19 Re y r 12 7 COS wT 2 20 KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 6 ae Re y12 Abbildung 2 3 Korrelationsfunktion Die Korrelationfunktion besteht also aus einem schnell variierenden Term COS wor und einem langsamer variierenden Term e 1 70 der die Amplitude des schnell variierenden Terms moduliert Wenn 7 amp 7g kommt nur der schnell variie rende Term zum tragen Re y r amp COS woT 2 21 Hier erhalt man das Ergebnis f r eine monochromatische Welle also ideal koh rente Strahlung Kommt 7 jedoch in die Gr enordnung von ro so kann der Effekt der Frequenzverschiebung ausgedr ckt in 2 12 in dem langsamer variie renden Term beobachtet werden Dieser Term wird im Folgenden als Koh renzgrad bzw Koh renzfunktion bezeichnet alr eI 2 22 Die im Punkt P auftretende Intensit t des Interferenzmusters kann jetzt in Abh ngigkeit von der Verz gerung 7 ausgedr ckt werden Ip T h t Ip 2 h ky 2 r COS WoT 2 23 Die maximal auftretende Intensit t betr gt Imax h h 2 hh ley12 7 2 24 und die Minimalintensitat ist KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 7 y12 Abbildung 2 4 Koh renzfunktion Imin h l2 2 h
74. r change to use the new data types all good ideas go right ahead With this you don t have to NAG Pa Pa P Pa Pa Pa ma Cha Pa P Lei Lei YY YY YY Lei Lei YY vj Scott Gurvey November 29 1987 Em YI ASYNC INC Async Communication Routines by Michael Quinlan with a bug fixed by Scott Herr made PCjr compatible by W M Miller Highly dependant on the IBM PC and PC DOS 2 0 based on the DUMBTERM program by CJ Dunford in the January 1984 issue of PC Tech Journal Entry points Async Init Performs initialization Async_Open Port Baud Integer Parity Char WordSize StpBits Integer Boolean Sets up interrupt vector initialies the COM port for processing sets pointers to the buffer Returns FALSE if COM port not installed NAG P Pa Pa pa Pa Pa P Pa Pa Pa Pa P P Pa Pa Pa Pa pa pa p ma ms cs LO Lei C9 CU QU QU CU CQ CJ CJ Lei Lei YY CJ Kei cJ YY Lei Async Buffer Check var C Char Boolean ANHANG D PROGRAMMLISTING E If character is available returns TRUE and moves the character from the buffer to the parameter Otherwise returns FALSE Async Send C Char Transmits the character Async Send String S LStr Calls Async Send to send each character of S Async Close Turn off the COM port interrupts X MUST BE CALLED BEFORE EXITING YOUR PROGRAM otherwise you will see some really strange errors and have to re boot BAA P pa Pa Pa Cha Cha Pa Cha Pa pa ps Cha Lei Lei cQ cQ Cg C
75. registers begin with Regs do begin ax ComParm and 00FF 1 AH 0 AL ComParm 3 dx ComPort Intr 14 Regs end end BIOS RS232 Init Ara BESES EE SESTSESSSEEEESEESEEESSSE SESE SSH EES e ISR Interrupt Service Routine SSS a GG BANG procedure Async_Isr interrupt Interrupt Service Routine Invoked when the UART has received a byte of data from the communication line re written 9 10 84 to be entirely in machine language original source left as comments begin Inline FB STI get the incomming character Async Buffer Async Buffer Head Chr Port VART RBR Async Basel 3 8B 16 Async_Base i MOV DX Async Base EC IN AL DX 8B 1E Async_Buffer_Head MOV BX Async_Buffer_Head 88 87 Async_Buffer MOV Async_Buffer BX AL Async_Buffer_NewHead Async_Buffer_Head 1 43 INC BX if Async_Buffer_NewHead gt Async_Buffer_Max then Async_Buffer_NewHead 0 81 FB Async_Buffer_Max CMP BX Async_Buffer_Max 7E 02 JLE L001 ANHANG D PROGRAMMLISTING 33 DB 88 XOR BX BX if Async_Buffer_NewHead Async_Buffer_Tail then Async_Buffer_Overflow else L001 3B 1E Async_Buffer_Tail 75 08 1 x TRUE CMP BX Async Buffer Tail JNE L002 C6 06 Async Buffer 0verflow 01 MOV Async Buffer Overflow 1 3 NOP generated by assembler for some reason JMP SHORT L003 Buffer NewHead
76. rgebnis haben allerdings die Eigenschaften der zu vermessenden Strahlung selbst In Abbildung 4 5 sind die gefilterten Signale von drei Interferenzmessungen am Ar Laser dargestellt Die Messungen wurden im Abstand von je einer Minute aufgenommen Hierbei wurde an der Justierung keine Anderung vorgenommen Abbildung 4 5 Vergleich von 3 Interferenzmessungen Zun chst l t sich hier eine starke nderung der Gesamtintensit t feststel len Diese Intensit tsschwankungen sind in der Anlaufphase des Lasers noch wesentlich h her Wichtiger f r die Koharenzmessung ist jedoch eine erkennbare Ver nderung der Modulation des Streifenmusters Das Verh ltnis der Intensit ten der beiden Teilstrahlen wird sich nicht ver ndern also ist eine Anderung der Mo dulation auf eine Anderung des Koh renzgrades zur ckzuf hren Dies bedeutet KAPITEL 4 MESSERGEBNISSE 38 wiederum da die Koh renzl nge bzw zeit nicht konstant bleibt Hierauf sind auch die gro en Tolerenzen in den Ergebnissen zur ckzuf hren Will man die statistischen Schwankungen der Strahlungsquelle im Ergebnis mi nimieren dann sind sehr viele Messungen ber einen langeren Zeitraum n tig Kapitel 5 SchluBbemerkungen 5 1 Verbesserungsvorschlage Will man Laser mit einer Koh renzl nge ber 90 cm vermessen so k nnte zur Ermittlung von Werten f r y bei Wegdifferenzen im Bereich der Koh renzl nge und dar ber eine Verl ngerung der optischen Wegdifferenz hinz
77. rt New PLabel Init R si Bruce R Assign 23 6 33 7 Bruce New PInputLine Init R 8 Insert Bruce si Objektstrahl R Assign 2 6 3 Length s1 7 Insert New PLabel Init R si Bruce R Assign 23 8 33 9 Bruce New PInputLine Init R 8 Insert Bruce si Referenzstrahl R Assign 2 8 3 Length s1 9 ANHANG D PROGRAMMLISTING 77 Insert New PLabel Init R s1 Bruce R Assign 23 10 33 11 Bruce New PInputLine Init R 8 Insert Bruce si Nullintensitaet R Assign 2 10 3 Length s1 11 Insert New PLabel Init R si Bruce Anzahl der Messungen R Assign 61 4 71 5 Bruce New PInputLine Init R 8 Insert Bruce si Anzahl der Messungen R Assign 38 4 39 Length s1 5 Insert New PLabel Init R si Bruce Wegdifferenz delta R Assign 61 8 71 9 Bruce New PInputLine Init R 8 Insert Bruce si Wegdifferenz cm R Assign 38 8 39 Length s1 9 Insert New PLabel Init R si Bruce Buttons R Assign 22 12 34 14 Insert New PButton Init R M essung cm0k bfDefault R Assign 40 12 52 14 Insert New PButton Init R E nde cmCancel bfNormal Messdaten einfuegen SetData Messdaten Command DeskTop ExecView D if Command lt gt cmCancel then begin Messdaten einlesen GetData Messdaten Ok true am
78. rteilungen der Teilstrahlen dar gestellt An der Stelle des Maximums im Interferenzmuster k nnen aus den gefilterten Intesit tsverteilungen die den Intensit ten entsprechenden Werte abgelesen wer den l 0 326 let 0 299 KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 0 8 04 0 6 04 0 2 Abbildung 3 9 Gefilterte Intensitatsverteilung des Objektstrahls KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 0 8 0 6 0 2 gt 0 8 0 6 0 4 0 2 Abbildung 3 11 Gefilterte Intensitatsverteilung des Referenzstrahls 25 KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 26 3 5 3 3 Nullintensitat Da bei der Messung der Intensit ten mit einem Oszilloskop keine Marke f r die ab solute Nullinie zur Verf gung steht mu eine Messung mit abgeblendeten Strahlen duchgef hrt werden Diese Nullintensit t mu von den Intensit ten des Interferenz musters und der Teilstrahlen abgezogen werden Da sich eine relativ gleichm ige Verteilung der Nullwerte ergibt kann man hier einen Mittelwert der MeB werte bil den und diesen als Nullintensit t definieren Die Messung einer Nullintensit t ist in Abbildung 3 12 dargestellt 0 8 0 6 04 0 2 Abbildung 3 12 Messung der Nullintensitat Das der Nullintensitat entsprechende Signal ergibt sich hier zu 0 172 Die den ermittelten Intensitaten entsprechenden Signale werden somit zu Imax 0 546 Imin 0 035 loj 0 154 lef 0427 3 5 4 Bere
79. s procedure gammaBerechnung var R TRect DD PDialog i j Messung max word IO IOn Imax Imin Imini M gam Summe QSumme real Iref Iobj Realarray fnsave S si String Taste char begin New Iref New Iobj Taste ir fnsave FileName Path copy FileName 0 Length FileName 4 repeat Path copy Path 0 Length Path 1 S copy Path Length Path Length Path until s for j O to Anzahldelta 1 do begin Str j 1 s Str Anzahldelta s1 R Assign 0 O 40 10 DD New PDialog Init R Berechnung with DD do begin Options Options or ofCentered R Grow 1 1 Dec R B Y 3 ANHANG D PROGRAMMLISTING 108 Insert New PStaticText Init R 13 43 s von si Abstaenden 13 13 13 3 Abbruch mit ESC end Desktop Insert DD IO 0 for i O to nmax 1 do begin Iref i 0 Iobj li l 0 end Nullintensitaet for Messung O to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df jl dark if AnzahlMessung gt 1 then begin Str Messung s FileName FileName ts end FileName FileName ExtMess LoadFileI Imes FileName IOn 0 for i 0 to nmax 1 do IM IOn Imes il IOn IOn nmax IO IOn Messung IO Messung 1 end Referenzstrahl for Messung 0 to AnzahlMessung 1 do begin FileName Path df jl ref if Anz
80. s der Benutzer entscheidet keine weitere Messung aufzunehmen C 2 Hinzuf gen von Messungen zu einer Me reihe Soll eine bereits bestehende Me reihe um neue Messungen erweitert werden so ist Ober den Men punkt Messung das Dialogfenster zur Auswahl einer Protokolldatei aufzurufen Hier kann jetzt eine bestehende Protokolldatei ge ffnet werden Es wird ein Abfrage eingeblendet ob neue Messungen hinzugef gt werden sollen Wird dies bejaht so ffnet sich das Dialogfenster zur Eingabe der Dateinamen der Einzelmessungen und der Wegdifferenz Hier sind als Vorgaben die Daten der letzten Messung dieser Me reihe eingeblendet Nach entsprechender nderung dieser Daten erfolgt der MeBvorgang analog zur Aufnahme einer neuen MeBreihe siehe C 1 Wurde bereits die Funktion des Koh renzgrades berechnet dann ist die Ergeb nisdatei zu l schen siehe C 7 ANHANG C BENUTZERHANDBUCH MESSPROGRAMM 63 C 3 Konvertieren einer Plot Datei Die Messdaten liegen nach der Messung in Form einer Plotdatei vor ber die Men option Konvertieren kann die Plotdatei einer Einzelmessung in einem Dia logfenster ausgew hlt werden die Plotdaten werden dann in Integerwerte konver tiert und in einer Datei vom Typ MES abgelegt Diese Konvertierung mu jedoch nicht explizit ausgef hrt werden da sie bei der Anzeige einer Einzelmessung oder bei der Berechnung der Koh renzl nge aus einer Me reihe automatisch im Hinter grund durchgef hrt wird C 4 Anzeigen ei
81. s m te also eine hochwertige und somit auch teure Karte angeschafft werden Aus diesen Gr nden wird die Digitalisierung mit dem Oszilloskop durchgef hrt Der Vorteil am Einsatz eines Oszilloskops ist da das Signal in Echtzeit betrachtet werden kann und somit eine Justierungshilfe zur Verf gung steht 3 4 MeBcomputer Der Messcomputer ist ein IBM Kompatibler PC mit 80386 Prozessor und einer Takt frequenz von 21 MHz ber eine serielle Schnittstelle wird das Plotsignal vom Os zilloskop eingelesen Man erh lt f r jede Messung eine plotbare Datei deren Daten vom MefB programm in X Y Wertepaare transformiert werden Als Format der Plot datei wurde wurde ein HPGL kompatibles Protokoll f r einen digitalen Plotter vom Typ HP7550 gew hlt Dieser Plotter steht im Laserlabor zur Verf gung somit be steht die M glichkeit bereits auf Festplatte gespeicherte Messungen auszuplotten Die Signale zur Motorsteuerung werden durch eine A 1210 l O Steckkarte der Firma MessComp bertragen Die Belegung der einzelnen Kan le wurde aus der Arbeit von Ralf Lindner 8 bernommen da ebenfalls die Daten zur interferometri sche L ngenmessung ber diese Karte ein und ausgegeben werden KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 18 3 5 Durchf hrung der Messung 3 5 1 Vorbereitende Schritte Je nach zu vermessendem Laser sollte dieser vor Beginn der Messung eine Zeit von einer Stunde Art Laser bis zu einem Tag HeNe Laser warmlaufen erst
82. sam ten Strahlquerschnitt ein exakt gleicher Abstand As vorliegt Eine relativ kleine nderung des Abstandes 6 von einer halben Wellenl nge wird einen vollst ndigen Cosinus der Modulation sichtbar machen Der Unterschied im Abstand kann in der Praxis durch die Justierung des Objektprismas auf mehrere Wellenlangen einge stellt werden so da einige Maxima und Minima der Intensit t sichtbar werden Da dieser unterschiedliche Abstand im Bereich einiger Mikrometer sehr klein in Bezug KAPITEL 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 10 zur Koh renzl nge blicher Laser ist kann man davon ausgehen da sich die Wer te f r Imax und Imin nur unwesentlich ndern Somit kann man f r einen Abstand sowohl Werte f r die Maximale als auch f r die Minimale Intensit t feststellen In Abbildung 2 6 sind f r drei verschiedene Koh renzgrade die Interferenzstreifenmu ster bei gleichen Teilstrahlintensit ten 4 und dargestellt Abbildung 2 6 Interferenzstreifenmuster beim Michelson Interferometer Kapitel 3 Beschreibung der Me anlage Der von mir verwendete Interferometer Aufbau ist im Rahmen einer Diplomarbeit von Ralf Lindner 8 entstanden In dieser Arbeit wurde mit Hilfe eines Michelson Interferometers ein interferometrischer LangenmeBplatz realisiert Dieser Aufbau konnte von mir weitgehend bernommen werden wobei die interferometrische Langenmessung ebenfalls noch durchgef hrt werden kann Der Aufbau ist in der oben genan
83. ssign f fn Reset f for i O to nmax 1 do ReadLn f Wertli Close f end LoadFileR Speichern einer Real Messdaten Datei ANHANG D PROGRAMMLISTING 126 procedure SaveFileR var Wert Realarray fn string var i word f Text begin Assign f fn ReWrite f for i O to nmax 1 do WriteLn f Wert i 9 3 Close f end SaveFileR Laden einer Protokoll Datei procedure LoadDatFile var i word f Text begin Assign f filename Reset f ReadLn f Anzahldelta ReadLn f AnzahlMessung for i O to Anzahldelta 1 do begin ReadLn f ReadLn f df i dark ReadLn f df i ref ReadLn f df il obj ReadLn f df i int ReadLn f w i delta end Close f end LoadDatFile Speichern einer Protokoll Datei procedure SaveDatFile ANHANG D PROGRAMMLISTING 127 var i word f Text begin Assign f filename ReWrite f WriteLn f Anzahldelta WriteLn f AnzahlMessung for i O to Anzahldelta 1 do begin WriteLn f WriteLn f df il dark WriteLn f df il ref WriteLn f df i obj WriteLn f df i int WriteLn f w i delta 9 3 end Close f end SaveDatFile Laden einer Ergebnis Datei procedure LoadGammaFile var i word f Text begin Assign f filename Reset f ReadLn f deltac ReadLn f deltacSAM for i 0 to Anzahldelta 1 do begin ReadLn f ReadLn f w i delta ReadLn f w i
84. t Grafikbildschirm Koordinatenkreuz Skalierung Synthesekurve repeat Taste readkey until Taste in chr 27 Escape Taste GraphicsStop end end AusgabeSynthese Dialog zur Ausgabe der Intensitaetsverteilungen und der FFT procedure GrafikAusgabe var R TRect D PFileDialog DD DDD PDialog Bruce PView Command Commandi Command2 word ANHANG D PROGRAMMLISTING 120 begin Extens ExtPlot repeat D New PFileDialog Init Extens Datei oeffnen N ame PLT MES FFT KOR fdOpenButton fdReplaceButton Command Desktop ExecView D if Command lt gt cmCancel then begin D GetFileName FileName if Exists FileName then repeat Fenster der AusgabeSchalter R Assign 20 5 60 17 DD New PDialog Init R Ausgabe DD HelpCtx hcAusgabe with DD do begin R Assign 7 4 32 7 Bruce New PRadioButtons Init R NewSItem Messung NewSItem FFT NewSItem gefilterte Messung nil R Assign 6 2 7 Length FileName 3 Insert New PLabel Init R FileName Bruce Insert Bruce Buttons R Assign 6 9 16 11 Insert New PButton Init R B ild cm0k bfDefault R Assign 24 9 34 11 Insert New PButton Init R C ancel cmCancel bfNormal Voreinstellung SetData AnzeigeSchalter Commandi DeskTop ExecView DD if Commandi lt gt cmCancel then begin Parameter
85. talisierung Das digitale Signal wird ber eine serielle Schnittstelle in den PC eigelesen Es werden ebenfalls durch Ab blenden der entsprechenden Strahlen die Intensit tsverteilungen der beiden Teil 11 KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 12 AS OS SUB RICH MELDE tT It i dl af lak IT i Sync CCD T Video T gt Abbildung 3 1 Interferometer Aufbau KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 13 strahlen und eine Dunkelmessung aufgenommen Vom Me programm wird der Koh renzgrad f r diese Wegdifferenz ermittelt F hrt man mehrere Messungen f r verschiedene Wegdifferenzen durch kann hieraus die Koh renzfunktion und die Koh renzl nge berechnet werden Von mir wurden einige kleine nderungen am Aufbau vorgenommen Die Hal terung f r das Prisma das den Objektstrahl umlenkt wurde ver ndert Hierdurch wird die Einkopplung des Objektstrahls in das Mikroskop Objektiv erleichtert Durch eine neue Positionierung des Referenzprismas lassen sich gleiche Wegl ngen f r beide Teilstrahlen realisieren Die Beobachtungsoptik wurde mit einem Linearver steller versehen somit kann die Position des Mikroskop Objektivs bei neuer Justie rung angepa t werden Auf der Linearf hrung des Wagens wurde eine Ma zeile angebracht von der direkt die eingestellte Wegdifferenz abgelesen werden kann 3 2 CCD Kamera In dem Interferometer A
86. timeout2 MotorStop end else MotorStop end end Stopsignal until stop 1 or stop 2 or Taste in chr 27 MotorStop until Taste in chr 27 Escape Taste Dispose D Done ANHANG D PROGRAMMLISTING 132 end Motorsteuerung zusaetzlichen Programmteile unit Etc interface uses Glob Globale Deklarationen Turbo Pascal Standard Units App Dialogs Calc Objects Views procedure Rechner procedure Info E implementation a ee einfacher Taschenrechner aus Turbo Pascal Standard Unit procedure Rechner var P PCalculator begin P New PCalculator Init P HelpCtx hcRechner ANHANG D PROGRAMMLISTING 133 Desktop Insert P end Rechner Programm Information 3 procedure Info var D PDialog R TRect begin R Assign 0 O 45 11 D New PDialog Init R Info with D do begin Options Options or ofCentered R Grow 1 1 Dec R B Y 3 Insert New PStaticText Init R 13 C Programm zur Messung der 13 C Kohaerenzlaenge von Laserstrahlung 13 13 C 1997 13 C Udo Becker R Assign 17 8 27 10 Insert New PButton Init R O K cmOk bfDefault end Desktop ExecView D Dispose D Done end Info Literaturverzeichnis 1 2 3 4 5 6 o 7 lg 8 9 Eugene Hecht Optik Addison Wesley Publishing Company Inc 1991
87. ufbau waren als Detektoren zwei Photodioden vorhanden deren Signal gegen ein Schwelle gepr ft wurde Die Messung erfolgte bei beweg tem Wagen es wurde eine Z hlung der Interferenzstreifen durchgef hrt F r die Aufnahme eines Interferenzmusters an einer festen Position insbesondere wenn mehrere Messungen an der gleichen Position durchgef hrt werden sollen kann ein Zeilensensor eingesetzt werden Dieser Sensor liefert als Signal die Intensit tsver teilung eines Schnittes durch das Strahlprofil Eine eindimensionale CCD Kamera CCD 151 der Firma Fairchild Weston mit Entwicklungsboard war bereits aus einer Diplomarbeit von Stephan Schulz 9 vor handen Diese CCD Kamera ist mit einer internen Taktung versehen und liefert ein Videosignal das direkt an ein Oszilloskop angeschlossen werden kann Die Sensorzeile ist aus N 3456 Einzelpixeln aufgebaut Die Breite der Pixel betr gt dreet 7um ber ein Potentiometer l t sich die Pixelfrequenz in einem Bereich von 280 kHz bis 2 3 MHz einstellen Laut Datenblatt ist die Kamera mit ei ner Betriebsspannung von 17 Volt zu betreiben Durch das Netzteil der interfero metrischen L ngenmessung steht u a eine Spannung von 15 Volt zur Verf gung Im Betrieb mit dieser Spannung war kein Unterschied im Ausgangssignal zu einem Betrieb mit einem Labornetzteil mit 17 Volt festzustellen Die Spannungsversor gung erfolgt deswegen durch o g Netzteil Bei der Me werteaufnahme mit dem Oszilloskop mu dar
88. ugef gt werden Hierzu k nnte beispielsweise durch ein Prisma der Strahl aus der Strahlf hrung des Objektstrahls ausgekoppelt werden Mit einem weiteren Prisma k nnte er dann zur ckgeworfen und durch das erste Prisma wieder in den urspr nglichen Strahlengang eingekoppelt werden Die mechanische Baulange dieser Kompo nenten w rde als vierfache optische Wegdifferenz eingehen da sie zweimal vom Objekstrahl durchlaufen wird Diese Komponenten w rde jedoch eine Justierung des Aufbaus erschweren Zur Erh hung des Me komforts w re es w nschenswert die Digitalisierung des Signals von einen A D Wandler durchf ren zu lassen Dadurch best nde die M glichkeit die Auslesung der CCD Kamera direkt vom PC zu steuern Dies k nn te die Me zeiten wesentlich verk rzen Weiterhin entfielen Fehlmessungen die durch unzureichende Einstellungen am Oszilloskops entstehen k nnen Im Me programm m te hierzu nur die Unit GetData von einer Auslesung der seriellen Schnitstelle in eine Auslesung des A D Wndlers umgeschrieben werden Weiterhin m ten die Konstanten die die vertikale und horizontale Aufl sung festlegen an die Werte der CCD Kamera angepa t werde Alle anderen Komponenten sind so geschrieben da sie weiterhin arbeiten Da die CCD Kamera nicht fest in den Auf bau eingebaut ist k nnte sie auch f r andere Me zwecke herangezogen werden Die Abblendm glichkeiten der Teilstrahlen zum vermessen der Intensit tsver teilung nur eines Str
89. ziehende Spannung Usup kann ber das Potentiometer Rpot auf Werte zwischen 0 und 9 7 Volt eingestellt werden der einzustellende Wert liegt bei ca 5 Volt Das Ausgangssignal der Schaltung ergibt sich zu Uout Vin Usup 3 1 Der Offsetanteil des Videosignals ndert seinen Betrag jedoch mit der Gr e des MeBsignals Liegt eine Bestrahlung des Sensors vor vermindert sich der Off setanteil in Bezug zu einer Messung mit Nullintensitat Dieses Verschieben der Nullinie kann Uber die Einstellung der Pixelfrequenz minimiert werden Bei maxi mal einstellbarer Pixelfrequenz liegt diese Verschiebung in der Gr Benordnung des Aufl sungsverm gens des Oszilloskops als unter 0 5 Yo der Maximalwerte Um die Linearit t der CCD Kamera zu berpr fen wurde sie mit unterschiedli chen Strahlleistungen bestrahlt und die Ausgangsspannung U ber das Oszillo skop detektiert Die Strahlleistung wurde mit einem Photometer gemessen 62 Tabelle 3 2 Linearit t der CCD Kamera KAPITEL 3 BESCHREIBUNG DER MESSANLAGE 16 U mV 1 o 1500 o l o o 4 o o 1000 e H o or H o 500 o o 1 5 ge 0 T d d t t t t t 0 50 100 150 o uW Abbildung 3 3 Linearitat der CCD Kamera Wie in Abbildung 3 3 erkennbar besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal und der eingestrahlten Leistung die proportional zur Inten sit t ist Anhand der Me werte l t sich auch das maximale Ausgangssignal von

Fachhochschule Wedel Diplomarbeit

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