Interferómetro de polarización para la caracterización mecánica de dispositivos piezoeléctricos

Abstract

Piezoelectric devices are critical components in many different fields. They are often used as ultrasonic transducers, micro/nano positioners, and actuators. Electrical characterization of these devices can be performed by means of very well known techniques focused mainly on impedance measurements at different frequencies. However, since the measurement of mechanical properties corresponds to the determination of very small displacements, an optical interferometer is required. In this work, we propose the use of two coupled polarization interferometers for measuring the displacement of a mirror mounted in a piezoelectric device. The first one corresponds to a Michelson type interferometer with two orthogonally polarized branches. One of them is set as a reference, and the other changes its length as the piezoelectric under test is excited. Instead of forcing the interference of both branches with an analyzer, both signals are entered to a second polarization interferometer. This second interferometer consists mainly of a single birefringent crystal plate that provides a spatial interferogram. According to the phase change between reference and test signals, there is a uniform phase added to all of the points of the interferogram. We take advantage of this feature and of the stability of this second interferometer to recover the phase and the displacement of the mirror by means of very well known phase recovery methods.Resumen-Los dispositivos piezoeléctricos son componentes críticos en diversos campos. A menudo son usados como transductores ultrasónicos, micro/nano posicionadores y actuadores. La caracterización eléctrica de tales dispositivos puede ser realizada a través de diversas técnicas enfocadas primordialmente en la determinación de la impedancia a diferentes frecuencias. Sin embargo, la determinación de las propiedades mecánicas en general está asociada a la medición de desplazamientos muy pequeños. Por este motivo, se requiere un interferómetroóptico para realizar tales medidas. En este trabajo, proponemos el uso de dos interferómetros de polarización acoplados para medir el desplazamiento de un espejo montado en un dispositivo piezoeléctrico. El primero corresponde a un interferómetro de tipo Michelson con dos ramas polarizadas ortogonalmente. Una de ellas es tomada como referencia, mientras que la otra rama cambia su longitud acorde a la excitación que recibe el piezoeléctrico bajo estudio. Luego, en lugar de forzar la interferencia de las ramas utilizando un simple analizador, se interpone un segundo interferómetro de polarización. Este segundo interferómetro consiste principalmente en unaúnica lámina de cristal birrefringente que provee un interferograma espacial. Acorde al cambio de fase entre las ramas de referencia y de prueba, hay una fase uniforme añadida en todos los puntos del interferograma. De este modo, aprovechando tanto esta característica como la estabilidad del segundo interferómetro, podemos recuperar la fase y, consecuentemente, el desplazamiento del espejo por medio de métodos de r...

Deformaciones de haces cilíndricos y cónicos al atravesar una placa plano-paralela de cristal uniaxial

“…En los últimos años hemos obtenido expresiones analíticas generales [12,13] que han permitido el desarrollo de polarímetros solares [14] e interferómetros para diagnóstico de plasma [15,16]. Asimismo, los estudios de patrones de interferencia conoscópicos [17] nos han permitido desarrollar moduladores y demoduladores de fase birrefringentes [18,19,20].…”