01
Perkenalan
Teknologi deteksi optik memainkan peran penting dalam pengujian laser ultrasonik (LUT) dan memiliki keunggulan dibandingkan sensor piezoelektrik tradisional. Deteksi optik non-kontak tidak mengganggu bidang ultrasonik dan memungkinkan titik deteksi bergerak cepat dengan akurasi spasial yang tepat. Deteksi optik mencakup rentang frekuensi yang luas-pita frekuensi tinggi, sehingga mampu mengidentifikasi dan menganalisis gelombang ultrasonik. Sebaliknya, sensor piezoelektrik menghadapi tantangan dalam mendeteksi sinyal frekuensi tinggi karena keterbatasan sifat material. Namun, sensitivitas deteksi optik menurun secara signifikan ketika berhadapan dengan objek yang tersebar. Pengaruh gelombang ultrasonik pada berkas cahaya terutama dapat diklasifikasikan menjadi modulasi intensitas dan modulasi fase atau frekuensi. Karena frekuensi cahaya yang sangat tinggi, fotodetektor saat ini tidak dapat mengukur fase cahaya secara langsung dan hanya dapat mendeteksi intensitas cahaya. Untuk memperoleh informasi fasa berkas cahaya, berkas tersebut harus dimodulasi untuk mengubah informasi fasa menjadi informasi intensitas, yang kemudian diperoleh kembali melalui demodulasi.
02
Teknik Modulasi Intensitas
Teknik modulasi intensitas memperoleh data getaran dan perpindahan permukaan dengan memantau fluktuasi intensitas cahaya. Pendekatan ini terutama mencakup teknik probe{1}pompa, teknik defleksi optik, dan teknik difraksi kisi permukaan. Teknik probe-pompa digunakan untuk mengkarakterisasi dinamika ultracepat dan respons akustik mikro- hingga skala nano. Seperti diilustrasikan dalam Gambar 1, prinsipnya melibatkan penggunaan lampu pompa berenergi tinggi untuk menginduksi deformasi termoelastik transien atau pulsa ultrasonik frekuensi tinggi pada material, diikuti dengan pengambilan sampel dengan lampu probe yang memiliki waktu tunda terkontrol. Gangguan atau perpindahan indeks bias yang disebabkan oleh USG mengubah karakteristik pantulan cahaya probe. Dengan menyesuaikan waktu tunda antara dua pulsa menggunakan tahap terjemahan mekanis, sistem dapat merekam evolusi dinamis USG pada skala pikodetik atau femtodetik. Teknik defleksi optik mendeteksi kemiringan geometri lokal yang disebabkan oleh gelombang akustik permukaan. Ketika USG melewati titik deteksi, sedikit kemiringan permukaan menyebabkan defleksi spasial dari berkas cahaya yang dipantulkan. Dengan memasukkan penghalang fisik ke jalur optik, perpindahan sudut diubah menjadi fluktuasi intensitas cahaya yang diterima oleh detektor. Frekuensi fluktuasi ini secara langsung mencerminkan karakteristik fisik medan akustik permukaan. Teknik difraksi kisi permukaan cocok untuk permukaan dengan struktur mikro periodik. Saat USG merambat, sering kali menyebabkan sedikit penyesuaian pada kisi, yang pada gilirannya mengubah sudut dan distribusi energi berkas difraksi. Dengan memantau perubahan intensitas cahaya yang terdifraksi pada urutan tertentu, sistem dapat mengekstrak informasi perpindahan dinamis permukaan pada tingkat sub{18}}nanometer.
03
Modulasi Fase dan Interferometri Fabry – Perot
Teknologi modulasi fasa menggunakan prinsip interferensi cahaya koheren untuk mengubah pergeseran fasa yang dimodulasi oleh getaran ultrasonik menjadi variasi intensitas pinggiran interferensi. Teknologi ini biasanya mencapai presisi tingkat nanometer-atau bahkan lebih rendah lagi. Deteksi interferometri dapat dibagi menjadi interferensi-cahaya referensi dan interferensi-referensi mandiri. Interferensi-cahaya referensi mencakup interferensi-jalur-nol dan interferensi heterodyne, sedangkan skema-referensi mandiri mencakup interferensi penundaan, interferensi holografik adaptif, dan deteksi hamburan laser. Dalam skema demodulasi fase, interferometer Fabry – Perot adalah teknik inti untuk deteksi laser ultrasonik. Metode ini mencapai superposisi koheren beberapa berkas melalui rongga resonansi yang dibentuk oleh dua cermin yang sangat reflektif (Gambar 2). Ketika cahaya probe yang membawa informasi fase getaran permukaan memasuki rongga, sinarnya memantul beberapa kali di antara cermin, membuat pinggiran interferensi menjadi sangat tajam. Ketika perpindahan yang diinduksi ultrasonik menyebabkan pergeseran fasa, kondisi resonansi berubah, menyebabkan fluktuasi linier yang dramatis dalam intensitas cahaya yang ditransmisikan atau dipantulkan. Dibandingkan dengan interferometer Michelson konvensional, interferometer Fabry – Perot menunjukkan toleransi yang lebih tinggi terhadap getaran mekanis lingkungan dan memiliki kolimasi optik yang lebih besar, sehingga menghasilkan sensitivitas yang lebih baik ketika berhadapan dengan permukaan kasar komponen ruang angkasa yang besar. Dengan mengontrol panjang rongga menggunakan keramik piezoelektrik, sistem dapat mengunci titik pengoperasian di wilayah paling sensitif pada kurva interferensi, sehingga memungkinkan ekstraksi linearitas tinggi dari sinyal getaran akustik lemah. Selain itu, interferometer holografik adaptif menggunakan kristal fotorefraksi untuk merekam pola interferensi secara dinamis, secara otomatis mengkompensasi distorsi muka gelombang yang disebabkan oleh gangguan lingkungan atau morfologi permukaan yang kompleks, sehingga meningkatkan stabilitas sistem di lingkungan industri yang keras. Teknologi deteksi hamburan laser menangkap informasi getaran dengan menganalisis evolusi dinamis distribusi bidang spekel. Meskipun resolusi perpindahan absolutnya sedikit lebih rendah dibandingkan metode interferometri murni, metode ini memiliki ketahanan yang kuat ketika menangani permukaan yang belum diproses dan memiliki hamburan tinggi, sehingga berfungsi sebagai pendekatan pelengkap untuk mengkarakterisasi material ruang angkasa yang kompleks (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3). Interferometer heterodyne menghasilkan sinyal detak dengan memperkenalkan perbedaan frekuensi, secara efektif mengatasi masalah penyimpangan sinyal DC dan meningkatkan akurasi pengukuran dalam lingkungan dinamis.
04
Ringkasan
Prinsip deteksi optik pengujian laser ultrasonik membentuk sistem lengkap mulai dari konversi energi fisik hingga demodulasi fase sinyal. Teknologi modulasi intensitas, dengan struktur intuitif dan respons-waktu nyata, berperan penting dalam-pemantauan proses berkecepatan tinggi dan karakterisasi mikro-nano. Teknologi modulasi fase, yang diwakili oleh interferometer Fabry-Pérot, mengatasi keterbatasan deteksi non-kontak dalam hal sensitivitas dan resolusi melalui metode koherensi optik yang tepat. Mode deteksi non-kontak ini tidak hanya mengatasi tantangan evaluasi online komponen lengkung yang kompleks namun juga memberikan dukungan teoritis penting dan jalur teknis untuk pemantauan kesehatan material di seluruh siklus hidupnya.
