Dispositifs interférentiels

Question 3 : Mesure de la vitesse

L'indice de réfraction du milieu d'écoulement est de 1,33. Le laser utilisé est un laser continu à argon ionisé, dont les raies dominantes, en terme de puissance, sont , , , . La raie de longueur d'onde est sélectionnée. Le faisceau laser de diamètre est dédoublé en deux faisceaux d'égale intensité et parallèles entre eux présentant une différence de marche nulle ou quasi nulle à la sortie du séparateur de front d'onde. Les deux faisceaux sont distants l'un de l'autre de . Un objectif de focalisation de distance focale fait converger les faisceaux en son foyer image où se situe le volume de mesure de diamètre dont la valeur dépend de la longueur d'onde de la lumière dans le milieu, de la focale de l'optique d'émission et du diamètre  :

Le détecteur détecte une fréquence de . La figure 53 donne la configuration expérimentale.

Figure 53 : Configuration expérimentale du vélocimètre
Figure 53 : Configuration expérimentale du vélocimètre [zoom...]Info

Question

Déduire de ces conditions expérimentales :

a) l'angle

b) l'interfrange

c) le diamètre du volume de mesure

d) la vitesse du fluide

Remarques :

  1. Le montage décrit ci-dessus ne permet pas de déterminer le sens de la vitesse. Dans l'exercice, le sens était supposé connu. Si tel n'est pas le cas pour lever l'indétermination, on fait défiler les franges en modifiant très légèrement une des fréquences optique d'un des deux faisceaux en utilisant une cellule de Bragg ou un modulateur acousto-optique.

  2. En utilisant les différentes raies d'émission laser dans le même volume de mesure, trois réseaux de franges d'interférences de couleurs et directions différentes peuvent être obtenus et permettre ainsi de détecter les trois composantes d'une vitesse de direction inconnue.

  3. Le réglage de la convergence des faisceaux doit être réalisé avec soin afin que l'intersection des faisceaux se situe au niveau du « waist » de ces derniers pour obtenir des franges planes, équidistantes et bien contrastées (figure 54). Seulement dans ces conditions, la fréquence mesurée ne dépendra pas de la position de la particule dans le volume de mesure.

Figure 54 : Champ d'interférences (http ://www.onera.fr/dafe/velocimetrie-laser)
Figure 54 : Champ d'interférences (http ://www.onera.fr/dafe/velocimetrie-laser) [zoom...]Info

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Solution
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