Sinyal sorunları rehberi
Belirti: Aralık her yarım dalga boyu değiştiğinde genlik bir kez salınıyor – çok ışınlı girişim
Aralık çok küçük veya ışık kaynağının spektral genişliği çok darsa, disk ile tarama ızgarasının iki yüzeyi düşük inceliğe sahip bir Fabry-Pérot boşluğu oluşturur ve genlik aralıkla λ/2 periyoduyla (880 nm’de 0,44 μm) salınır. Bu makale salınım derinliği 2r/(1+r²) ile koherens uzunluğuna bağlı sönümü türetir; tur başına yaklaşık 4T/λ dalgalanma gibi tanılama yöntemlerini ve yansıma önleme, aralığı büyütme gibi önlemleri verir.
Aralık ayarlanırken tuhaf bir olgu görülür: genlik 10 μm’lik aralık adımlarıyla ölçüldüğünde eğri bir yükselip bir alçalır, tekrarlanan ölçümler birbirini tutmaz; ancak piezo tablayla ince tarama yapınca genliğin aralıkla düzenli sinüzoidal salındığı ve periyodun yarım mikrondan kısa olduğu görülür. Disk dönmeye başlayınca genlik zarfı bir tur içinde yirmi otuz kadar hızlı dalgalanma gösterir, aralıkları da düzensizdir. Bu yakın alan kırınımı değil, disk yüzeyi ile tarama ızgarası yüzeyi arasındaki çok ışınlı girişimdir. Bu makale salınımın periyodunu ve derinliğini türetir, neden genellikle yalnızca küçük aralıkta veya dar bantlı kaynakta belirgin olduğunu açıklar, ardından tanılama yöntemlerini ve önlemleri verir.
İlke: İki yüzeyin oluşturduğu düşük incelikli boşluk
Diskin ışık geçiren yarıklarından geçen ışık, tarama ızgarasına ulaşmadan önce g hava aralığını aşmalıdır. Karşılıklı iki yüzeyin yansıtma oranları R₁ ve R₂’dir; ışık aralıkta ileri geri yansır ve ardışık geçen ışınlar koherent olarak toplanır. Dik gelişte tek renkli ışık için geçirgenlik Airy fonksiyonudur:
T = T₁T₂ / [(1 − r)² + 4r·sin²(2πg/λ)]
Burada r = √(R₁R₂), T₁ ve T₂ iki yüzeyin geçirgenlikleri, λ dalga boyudur. Geçirgenlik aralıkla sin²(2πg/λ) biçiminde değişir; periyot
Δg = λ/2
olup 880 nm’de 0,44 μm’dir. Salınım derinliği (tepe-çukur farkının tepe-çukur toplamına oranı):
V₀ = 2r / (1 + r²)
Yansıtma düşükken T ≈ T̄·[1 + V₀·cos(4πg/λ)] olur; yani iki ışınlı girişimdir. Dik gelişte diskin bir yarığından ve ardından tarama ızgarasının bir yarığından geçen ışığın karşılaştığı iki yüzey genellikle cam yüzeydir. Farklı yüzey kombinasyonları için tek renkli salınım derinliği (yansıtma değerleri mertebe olarak):
| Yüzey kombinasyonu | R₁ / R₂ | V₀ |
|---|---|---|
| Cam / cam | %4 / %4 | %8,0 |
| Yansıma önleyici kaplama / cam | %0,5 / %4 | %2,8 |
| Düşük yansımalı krom / cam | %8 / %4 | %11,3 |
| Parlak krom / cam | yaklaşık %55 / %4 | yaklaşık %29 |
Son satır metal yansıtıcı disk veya okuma penceresine bakan parlak krom yüz durumuna karşılık gelir; boşluğun yansıtması yükseldiği anda salınım çok daha derinleşir.
Neden genellikle yalnızca küçük aralıkta görülür: koherens uzunluğu
LED tek renkli değildir. Farklı dalga boyları biraz farklı periyotlarla salınır; aralık büyüdükçe dalga boylarının saçakları birbirinden kayar ve üst üste binince salınım düzleşir. Gauss spektrumu için salınım derinliği koherens derecesiyle çarpılır:
V = V₀·|γ(2g)|, |γ(Δ)| = exp[−(π·Δ·Δλ/λ²)² / (4 ln2)]
Burada Δλ spektral yarı yükseklik genişliği, 2g gidiş-dönüş optik yol farkıdır. Koherens uzunluğu l_c = λ²/Δλ’dır; |γ| yol farkı yaklaşık 0,44·l_c olduğunda yarıya düşer. Δλ = 40 nm için l_c ≈ 19 μm:
| Aralık g | 2 μm | 5 μm | 10 μm |
|---|---|---|---|
| Koherens derecesi | 0,86 | 0,39 | 0,02 |
| Cam/cam salınım derinliği | %6,9 | %3,1 | %0,2 |
Bu nedenle sıradan LED aydınlatmasında bu olgu yalnızca aralığı birkaç mikron olan okuma kafalarında görülür; onlarca ile yüzün üzerinde mikron arasındaki yaygın aralıklarda pratikte görünmez. Ancak 1 nm spektral genişlikli dar bantlı bir kaynağın (örneğin bazı lazer tipi kaynaklar) l_c değeri yaklaşık 0,77 mm’dir ve 100 μm aralıkta koherens derecesi hâlâ yaklaşık 0,8’dir; neredeyse tam derinlikte salınım olur (bkz. Şekil 2 sol). Aydınlatmanın ıraksama açısı da salınımı düzleştirir: α geliş açısında gidiş-dönüş fazı 2πgα²/λ kadar azalır; α = 0,05 rad için bu ancak yaklaşık 180 μm’de belirginleşir, dolayısıyla LED’lerde genellikle önce spektrumun etkisi devreye girer.
Belirti özellikleri: dört tanılama ölçütü
- Periyot λ/2’ye eşittir. Piezo tabla veya hassas mikro ayar tablasıyla 2–3 μm’lik aralık bölgesini en fazla 0,05 μm adımla ince tarayın: genlik yaklaşık 0,44 μm periyotla sinüzoidal salınır. Kaba taramada örtüşme (aliasing) oluşur ve “pürüzlü, tekrarlanabilirliği kötü bir genlik–aralık eğrisi” elde edilir; bu da başlı başına bir ipucudur.
- Periyot dalga boyuyla değişir. Farklı dalga boylu bir LED takıldığında salınım periyodu λ ile orantılı değişir: 850 nm ve 940 nm için sırasıyla yaklaşık 425 nm ve 470 nm (bkz. Şekil 3). Yakın alan kırınımının karakteristik ölçeği p²/λ’dır; mikron mertebesindeki bir tarama aralığında böyle bir periyot görülmez.
- Eksenel salgı varken tur başına yaklaşık 4T/λ hızlı dalgalanma. Eksenel salgının tepeden tepeye değeri T ise aralık her turda iki kez taranır ve dalgalanma sayısı yaklaşık 4T/λ olur; 880 nm ve 5 μm eksenel salgıda yaklaşık 23. Dalgalanmalar düzensiz aralıklıdır: aralığın en hızlı değiştiği dönme açılarında en sık, aralığın uç değere ulaştığı açılarda en seyrektir (bkz. Şekil 1).
- Modülasyon derinliği esasen değişmez. İki yüzeyden geçen ışık aynı çarpanla ölçeklenir; AC genlik ile DC toplamı birlikte dalgalanır, oranları değişmez. Bu, modülasyon derinliğinin kendisini değiştiren yakın alan kırınımından farklıdır. Okuma kafasında DC toplamıyla sabit ışık geri beslemesi varsa ve döngü yeterince hızlıysa, dalgalanma LED akımına aktarılır.
Enterpolasyon doğruluğu açısından, A ve B’nin aynı oranda dalgalanması enterpolasyon hatası üretmez; zarar genlik payında ve alarmlardadır. Ancak disk eğikse ve A ile B algılama alanları eğim yönünde birbirinden ayrıksa, iki alanın aralıkları β·d kadar farklı olur (β eğim açısı, d alanlar arası mesafe), girişim fazları farklılaşır ve dönme açısıyla değişen genlik eşitsizliği ortaya çıkar.
Önlemler
- Aralığı büyütün. LED spektral genişliği 40 nm iken aralık yaklaşık 10 μm’yi aşınca salınım derinliği zaten %0,2 civarına iner; yakın alan kırınımının buna izin vermesi koşuluyla.
- Yüzeylere yansıma önleme uygulayın. Tarama ızgarasına veya okuma penceresine yansıma önleyici kaplama, cam/camın %8’ini yaklaşık %2,8’e indirir; iki yüzeye birden uygulanırsa yaklaşık %1’e iner.
- Parlak yüzü parlak yüze karşı koymayın. Disk veya tarama ızgarasının krom yüzü aralığa bakıyorsa, yüksek yansıtmalı boşluk oluşmaması için düşük yansımalı krom kullanın.
- Dar bantlı kaynakları görüntüleme tipi okumada dikkatli kullanın. Lazer tipi kaynaklar ya yansıma önleme ve uygun eğimle birlikte kullanılmalı ya da aralığa duyarsız bir okuma ilkesine geçilmelidir.
- İlke olarak küçük bir kama açısıyla ortalama alınabilir. Algılama penceresinin uzunluğu boyunca aralık farkı λ/2’ye ulaşırsa (örneğin 2 mm pencere için yaklaşık 0,22 mrad) salınım pencere içinde ortalanır; bu miktar yakın alan görüntüleme için ihmal edilebilir, ancak fikstürün eğimi kararlı biçimde kontrol edebilmesi gerekir.
Mühendislik notları
- Genliğin aralıkla λ/2 periyoduyla salınması ve dalga boyu değiştirilince periyodun da değişmesi, çok ışınlı girişimin doğrulama ölçütüdür.
- Salınım derinliği V₀ = 2r/(1 + r²), r = √(R₁R₂); cam/cam için yaklaşık %8, parlak krom/cam için yaklaşık %29.
- LED aydınlatmasında yalnızca aralık yaklaşık l_c/2’nin (40 nm spektral genişlikte yaklaşık 10 μm) altındayken belirgindir; dar bantlı kaynaklarda yaygın aralıklarda da görülür.
- Eksenel salgı T iken tur başına yaklaşık 4T/λ düzensiz aralıklı hızlı dalgalanma oluşur; doğrudan karşılaştırma için kullanılabilir.
- AC ile DC’nin eş zamanlı dalgalanması ve modülasyon derinliğinin değişmemesi, yakın alan kırınımından ayırt etmek için basit bir ölçüttür.
- Maliyet sırasıyla önlemler: aralığı büyütmek, yansıma önleme, düşük yansımalı krom, ışık kaynağını değiştirmek.
Özet
Aralık her yarım dalga boyu değiştiğinde genliğin bir kez salınması, disk ile tarama ızgarasının iki yüzeyinin oluşturduğu düşük incelikli boşluğun etkisidir. Salınım derinliği iki yüzeyin yansıtma oranlarıyla belirlenir ve kaynağın koherens uzunluğuyla aralığa bağlı olarak söner; bu yüzden LED aydınlatmasında çoğunlukla birkaç mikronluk küçük aralıklarda görülür, dar bantlı kaynaklarda ise yaygın aralıklarda da ortaya çıkar. Aralığı ince taramak, dalga boyunu değiştirmek ve eksenel salgı altında dalgalanma sayısını saymak onu doğrular; aralığı büyütmek, yansıma önleme ve düşük yansımalı krom başlıca önlemlerdir.
Çince orijinal makalenin çevirisi (0226). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.