Interferometrische Ermittlung der schalldruckinduzierten Brechungsindexmodulation durch Ultraschallfelder in Luft

In der statischen interferometrischen Metrologie werden unvermeidbare Luftdichteschwankungen und Vibrationen, die während einer Messung auftreten, als parasitäre Effekte eingestuft. Denn sie verursachen eine zusätzliche optische Weglängendifferenz (OPD) aufgrund der Beeinflussung des Brechungsindex und können somit die Messergebnisse verfälschen. Wir zeigen in dieser Arbeit eine Möglichkeit, wie genau dieser zeitlich veränderliche Effekt in Verbindung zur Proportionalität zwischen Luftdichte und Luftdruck genutzt werden kann, um starke Ultraschallfelder in Luft zu charakterisieren. Hierfür kommt ein Fizeau Interferometer zum Einsatz, das vom Ultraschallfeld getriggert wird und mit diesem zeitlich synchronisiert ist. Das ermöglicht die quantitative Ermittlung der vom Feld induzierten OPD im Moment der stärksten Auslenkung der zeitlich oszillierenden Dichteschwankungen. Die Auswertung des zweidimensionalen Interferogramms erfolgt anschließend durch Anwendung der Fourier-Trägerfrequenzmethode (Takeda-Methode), welche eine Bestimmung der räumlich aufgelösten Phasenverschiebung ermöglicht. Diese neuartige optische Schalldruckmessung ermöglicht eine quantitative, berührungslose und zweidimensionale Aufnahme des 3D-Schalldruckfeldes innerhalb weniger Sekunden.