Laserquelle
Wellenlänge und Kohärenz bestimmen Signalqualität, Speckle-Verhalten und nutzbaren Messabstand. HeNe- und SWIR-Laser eignen sich deshalb für unterschiedliche Oberflächen.
5 Min. LesezeitLaser-Doppler-Vibrometrie – Technik
Laserquellen für präzise Schwingungsmessungen
Eine Einführung in die Welt der Laser und Vibrometer
Die Art der Laserquelle spielt eine entscheidende Rolle bei der präzisen berührungslosen Schwingungsmessung, insbesondere bei der Entwicklung moderner Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) für verschiedene Anwendungen. Im Folgenden werden wir zwei Arten von Laserquellen näher betrachten und ihre Anwendungen in der Vibrometrie diskutieren.
Helium-Neon-Laser (HeNe): der Klassiker in der Vibrometrie
Helium-Neon-Laserquellen (HeNe-Laserquellen) werden seit vielen Jahren für herkömmliche Laser-Doppler-Vibrometer verwendet und sind dank ihrer einzigartigen Eigenschaften ein nützliches Instrument für die berührungslose Schwingungsmessung. Der Helium-Neon-Laser ist aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und seiner Vielseitigkeit ein unverzichtbares Werkzeug in der Vibrometrie. Der Gaslaser besteht aus einem Gasgemisch aus Helium und Neon und emittiert rotes Licht mit einer Wellenlänge von 632,8 nm.
Commercial HeNe lasers are relatively small devices with cavity lengths usually between 15 and 50 cm, but sometimes up to about 1 meter to achieve the highest powers, and optical output powers between 0.5 and 50 mW. The exact wavelength of red He-Ne lasers in vacuum is 632.991 nm and is refracted to about 632.816 nm in air.
The beam emitted by HeNe lasers is visible to the human eye and can be aligned without any aids. Its comparatively short wavelength makes it possible to focus the laser beam precisely on a very small measuring point, which makes the HeNe laser particularly suitable for measuring microstructures and fine details.
Vibrometers with HeNe lasers are regularly used if a sufficient signal is scattered back from the measurement object, the measurement surface has sufficient reflectivity or measurements are to be taken through water, as light with a wavelength of 633 nm penetrates water almost unhindered.
Infrarotlaser: der Alleskönner
Optomet setzt auf die neueste und fortschrittlichste Kurzwellen-Infrarot-Lasertechnologie (SWIR), um bei anspruchsvollen Messaufgaben die beste Signalqualität zu gewährleisten.
Der verwendete SWIR-Laser emittiert unsichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 1.550 nm mit einer Ausgangsleistung von bis zu 10 mW. Dies entspricht der zehnfachen Ausgangsleistung eines HeNe-Lasers. In Kombination mit Fotodetektoren mit einem Wirkungsgrad von mehr als 98 % ergibt sich daraus ein um 20 dB höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) im Vergleich zu herkömmlichen HeNe-LDVs.
Trotz der höheren Laserleistung verfügt der SWIR-Laser über die höchste Laserschutzklasse 1 gemäß EN 60825-1 und ist somit augensicher. Die Flüssigkeit im Auge absorbiert das Infrarotlicht und schützt so das Auge. Der unsichtbare Messstrahl wird mittels eines koaxial geführten grünen Pilotlasers (Wellenlänge: ca. 532 nm) positioniert. Die Leistung des Pilotlasers ist auf 1 mW begrenzt, was zu einer Einstufung in die Laserschutzklasse 2 gemäß EN 60825-1 führt. Daher weisen Optomet-SWIR-Vibrometer für das Gesamtsystem stets die Laserschutzklasse 2 auf.
Nowadays, besides some applications where the unique properties of HeNe lasers are required, SWIR lasers are the optimal choice for Laser Doppler vibrometry and Optomet takes the leading role in SWIR vibrometry. Due to a combination of higher output power and more sensitive photodetectors, SWIR vibrometers offer a higher SNR and are therefore particularly suitable for demanding measurement tasks where vibrometers with conventional laser sources reach their limits.
Measuring even on dark, rough, curved or other surfaces with low reflectivity, infrared vibrometers eliminate the need to treat the surface. Vibration measurements over long distances are also the undisputed domain of SWIR LDVs, as well as measurements on glowing hot surfaces and on biological tissue. High temperature stability and a long service life offer additional advantages. All these characteristics also apply to the new SMART series from Optomet.
Infrarot-Laser: das Multitalent
Neben einigen Anwendungen, bei denen die einzigartigen Eigenschaften von HeNe-Lasern benötigt werden, sind heutzutage SWIR-Laser die optimale Wahl für die Laser-Doppler-Vibrometrie. Dabei nimmt Optomet die führende Rolle in der SWIR-Vibrometrie ein. Durch die Kombination aus höherer Ausgangsleistung und empfindlicheren Photodetektoren bieten SWIR-Vibrometer ein höheres SNR und eignen sich daher besonders für anspruchsvolle Messaufgaben, bei denen Vibrometer mit herkömmlichen Laserquellen an ihre Grenzen stoßen. Selbst auf dunklen, rauen, gewölbten oder anderen Oberflächen mit geringem Reflexionsvermögen erübrigt sich mit dem Infrarot-Vibrometer die Behandlung der Messfläche. Auch Schwingungsmessungen über große Entfernungen sind die unangefochtene Domäne der SWIR-LDVs, ebenso wie Messungen auf glühenden Oberflächen und auf biologischem Gewebe. Hohe Temperaturstabilität und eine lange Lebensdauer bieten weitere Vorteile. All diese Eigenschaften treffen auch auf die neue SMART-Serie von Optomet zu.
Trotz der höheren Laserleistung hat der SWIR-Laser die höchste Laserschutzklasse 1 nach EN 60825-1 und ist damit augensicher. Die Flüssigkeit im Auge absorbiert das Infrarotlicht und schützt so das Auge. Der unsichtbare Messstrahl wird mittels eines koaxial geführten grünen Pilotlasers (Wellenlänge: ca. 532 nm) positioniert. Die Leistung des Pilotlasers ist auf 1 mW begrenzt, was zu einer Einstufung in die Laserschutzklasse 2 nach EN 60825-1 führt. Optomet SWIR Vibrometer haben daher immer die Laserschutzklasse 2 für das Gesamtsystem.
Anwendungen in der Praxis: Laser-Doppler-Vibrometer
Laser-Doppler-Vibrometer (LDVs) sind in vielen Bereichen unverzichtbare Werkzeuge, darunter Ingenieurwesen, Materialwissenschaften, Biologie, Medizin und viele weitere. Sie ermöglichen berührungslose, präzise Messungen von Schwingungen und Vibrationen an Oberflächen verschiedener Materialien und Strukturen.
Von der Qualitätskontrolle in der Fertigung bis hin zur Untersuchung von biologischem Gewebe sind die Anwendungsmöglichkeiten von LDVs nahezu unbegrenzt. Dank ihrer Fähigkeit, hochauflösende Daten in Echtzeit zu liefern, sind LDVs ein unverzichtbares Werkzeug in Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle.
Die Zukunft der Vibrometrie: Innovationen und Fortschritte
Die Vibrometrie ist ein sich ständig weiterentwickelndes Gebiet, das von technologischen Innovationen und neuen Forschungsergebnissen vorangetrieben wird. Kontinuierliche Verbesserungen bei Laserquellen und LDV-Technologien ermöglichen präzisere Messungen und ein noch breiteres Anwendungsspektrum.
Von klassischen HeNe-Lasern bis hin zu modernen Infrarotlasern ist die Auswahl an Vibrometern vielfältiger denn je. Bei Optomet arbeiten wir ständig daran, unsere Produkte und Dienstleistungen zu verbessern und unseren Kunden innovative Lösungen für ihre Messaufgaben anzubieten.