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Circuit de réception interféromètre



  1. #1
    DarkStrider

    Question Circuit de réception interféromètre


    ------

    Bonjour !

    Voilà pour notre projet d'année, on doit construire un microphone laser sur base d'un interféromètre.
    Ma tâche en ce moment est de m'occuper du circuit de réception (recevoir le laser, et obtenir le courant correspondant) mais j'ai quelque soucis ..

    - Est-ce qu'une photodiode ou un phototransistor sera plus adapté pour la réception du laser ?
    - Vu que je dois juste monter un circuit pour récupérer le courant (ni filtre ni amplificateur), quelle autre composante devrais-je rajouter ?

    (Le laser qu'on a pour le moment est un laser vert plutôt intense)


    Merci

    -----

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  3. #2
    PIXEL

    Re : Circuit de réception interféromètre

    hello ,

    peux-tu développer ce qu'est un microphone laser ?

  4. #3
    DAUDET78

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Citation Envoyé par PIXEL Voir le message
    peux-tu développer ce qu'est un microphone laser ?
    C'est un truc d'espionnage
    On envoi un rayon laser sur la vitre d'une pièce et on détecte les vibrations de la vitre par interférométrie entre le rayon incident et le faisceau réfléchi . On peut donc intercepter les paroles prononcées dans cette pièce
    http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_microphone
    Dernière modification par DAUDET78 ; 05/11/2014 à 09h19.
    J'aime pas le Grec

  5. #4
    f6bes

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Bjr Pixel,
    Je suppose qu'il veut faire une transmission audio à l'aide d'un laser (moduler le faisceau)
    Attendons les préçisions.
    Reste à savoir SI l'on peut " accéder" au laser pour le moduler.
    Bonne journée

    Edit: Vu la réponse de DAUDEt , je suppose que je suis ...hors jeu !

  6. #5
    PIXEL

    Re : Circuit de réception interféromètre

    vu l'intensité des rayons retournés , on peut "peut être" envisager la photodiode à
    très bas bruit (voir refroidie) précédée d'un sérieux systéme optique pour ne pas
    ramasser tout et n'importe quoi.

    quand je dis "la" il en faudra bien sur au moins deux...interférométrie oblige !
    Dernière modification par PIXEL ; 05/11/2014 à 09h28.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    DAUDET78

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Citation Envoyé par PIXEL Voir le message
    quand je dis "la" il en faudra bien sur au moins deux...interférométrie oblige !
    Non ... une seule !
    C'est le battement "optique" entre le rayon incident et réfléchi
    J'aime pas le Grec

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  10. #7
    DarkStrider

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Oui désolé pour le manque de détails. En gros, ça se présente comme le schéma ci-dessous.
    Le rayon est envoyé de la source à un beam splitter (séparateur de rayon), une partie du laser va se réfléchir sur un miroir et l'autre sur la vitre (target) dont on veut capter les vibrations (causées éventuellement par deux personnes qui discutent derrière la vitre). Les deux rayons se rejoignent, interfèrent et reviennent sur le récepteur. On monte alors un circuit pour filtrer et amplifier le signal (n'avoir que les deux personnes qui parlent) pour ensuite pouvoir le réécouter.

    Interferometer.png

  11. #8
    PIXEL

    Re : Circuit de réception interféromètre

    ok pour une , ce qui n’enlève rien au reste

  12. #9
    calculair

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Bonjour,

    Le principe est intéressant

    les problèmes que je vois

    1) longueur de cohérence du laser ( si trop courte perte de la cohérence entre les rayons interférants

    2) variation de l'indice de l'air sur le trajet vers la vitre espionnée ( creation d'un bruit qui risque de masquer le son à detecter )

    3) ordre de grandeur du deplacement de la vitre sous l'effet du son

    La vaiation d'intensité de la lumière dans le champ d'interférence n'est pas linéaire mais périodique par rapport à la différence de marche, ce qui peut être un handicap quand à la restitution du son
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  13. #10
    PIXEL

    Re : Circuit de réception interféromètre

    ce genre d'objet existe dans les mains des "services concernés"...

    donc c'est possible.

    évidemment , y'a un foutu taf....

    comme toujours , un recherche gogol dégrossit l'affaire
    (curieux que ça ne soit pas le premier réflexe des demandeurs)

    en 10 secondes :

    http://www.williamson-labs.com/laser-mic.htm

  14. #11
    DAUDET78

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    les problèmes que je vois
    Tes interrogations sont légitimes et parfaitement réalistes. Mais on ne cherche pas la qualité mais de pouvoir comprendre ce qui se dit !
    Aussi, pour rendre intelligible la conversation, il y a un gros traitement de l'information donnée par le capteur .... merci les DSPs !
    J'aime pas le Grec

  15. #12
    calculair

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Re bonjour

    Un laser dont la raie fait environ 1 MHz de large, tu auras une longueur de cohérence de l'ordre 200 m environ. Cela signifie que la distance de ton capteur devra être à moins de 100m de la vitre

    Par ailleurs, la vitre n'est pas une surface optique plane et tu ne seras pas exactement dans la direction de reflexion principale. Cela signifie que l'intensité de la lumière réfléchie qui interférera sera faible.

    Il convient donc d'en faire une évaluation

    Si tu prends un laser de 1mW avec un rayon de 1cm^2 la densité de puissance est 10^-3 / 10^-4 = 10 W/m^2

    En supposant que le rayon ne diverge pas que la vitre diffuse la lumière totalement dans 4 pi radian, la puissance captée sera 1 / (12* 10000) = 1 /120000 1/100 microW/m^2 ( Je n'ai pas compté la lumière transmise à travers la vitre et qui est perdue pour la manip )

    Si ta lentille de receprtion fait 10 cm^2 la puissance recue sera inférieure au 1/100000 micro W

    Il faut voir maintenant ce que donne les recteurs lumineux ( ici je n'ai pas pris en compte les autres facteurs de limitation
    Dernière modification par calculair ; 05/11/2014 à 11h14.
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

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  17. #13
    PIXEL

    Re : Circuit de réception interféromètre

    comme "ça existe" je suppose que c'est surmontable ( je ne dis pas que c'est simple)

    ce projet étant "de fin d'année" je demande QUELLE ANNÉE ?

    de la maternelle au doctorat , y'a une marge
    Dernière modification par PIXEL ; 05/11/2014 à 11h19.

  18. #14
    zibuth27

    Re : Circuit de réception interféromètre

    hello,

    un problème important, voire majeur, est la réflexion sur la cible : la moindre erreur d'angle envoie le faisceau ailleurs que sur la cible. Ceci conduit à imposer un catadioptre sur la cible. Ce qui rend d'ailleurs peu crédible la légende des ambassades en Soviétie, à moins d'avoir persuadé les ambassadeurs qu'il fallait mettre un porte-bonheur au milieu de la fenêtre, constitué autour d'un vrai catadioptre, il n'y a aucune chance de récupérer le faisceau laser et d'interférométrer. Le catadioptre est une masse non négligeable sur la vitre.


    si le laser est cohérent, il l'est sur toute la longueur du faisceau et les indices ne changent pas dans le temps entre l'aller et le retour

    les variations d'indices sur le trajet, tant qu'elles n'ont pas elles-mêmes de variations devraient être compensables

    il faut bien s'assurer que le déplacement de la vitre ait une amplitude suffisante et éliminer les causes de déplacement parasite : vent, ouverture/fermeture de porte, chauffage, toutes causes qui vont créer un déplacement plus important que le son utile
    je plussoye calculair : il faut transformer les différences de marches en amplitudes de son


    saluts

  19. #15
    calculair

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Peut être ou légende....!

    Il faut un laser qui se reflechit sur la vitre

    une puissance significative

    et ne pas être trop loin..

    Alors peut être et avec de gros moyens de mise au point du système.....

    Citation Envoyé par PIXEL Voir le message
    comme "ça existe" je suppose que c'est surmontable ( je ne dis pas que c'est simple)

    ce projet étant "de fin d'année" je demande QUELLE ANNÉE ?

    de la maternelle au doctorat , y'a une marge
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  20. #16
    calculair

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Bonjour,

    si le laser est cohérent, il l'est sur toute la longueur du faisceau et les indices ne changent pas dans le temps entre l'aller et le retour

    les variations d'indices sur le trajet, tant qu'elles n'ont pas elles-mêmes de variations devraient être compensables "

    Tu analyses mal le problème

    1) la raie du laser n'est pas rigoureusement monochromatique et la cohérence de phase n'est pas temporellement indéfini. regarde las spécifications des lasers et notamment la coherence spatiale.

    2) les vaiation de phase sur le trajet sont à comparer avec le trajet de reference fixe qui va interférer avec le rayon diffusé, les variations d'indice de l'air sont à prendre en compte 2 fois Un à aller et 2° fois au retour ..
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  21. #17
    DarkStrider

    Re : Circuit de réception interféromètre

    C'est pour ma deuxième année de bachelier en Ingénieur Civil.
    Sinon oui on est conscient de tous les problèmes que vous citez mais pour l'instant c'est vraiment le choix photodiode/phototransistor et le circuit nécessaire pour obtenir le courant qu'il nous faut, pour pouvoir faire des tests et voir déjà ce que ça donne.
    Pour la longueur de cohérence, notre laser en a une d'environ 2 m (qui devrait être une dizaine de mètres idéalement mais c'est seulement en attendant d'en trouver un plus adapté)
    Pour l'amplitude de variation de la vitre, elle devrait également être suffisante

  22. #18
    Yvan_Delaserge

    Re : Circuit de réception interféromètre

    C'est l'interféromètre de Michelson.

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Interf%...e_de_Michelson

    Une vieille connaissance.. J'en avais construit un il y a plusieurs années, mais il fonctionnait sur 10 GHz. Il m'a servi a connaître la longueur d'onde de mon oscillateur.

    En déplaçant le miroir qui se trouve à distance, le récepteur reçoit un signal dont l'amplitude varie de manière périodique, selon que les deux ondes s'additionnent ou se soustraient. On mesure la distance de déplacement du miroir entre deux maxima ou deux minima de signal fourni par le récepteur. Cette distance est égale à 1/2 longueur d'onde.

    Si ici, on utilise un laser émettant de la lumière verte, la longueur d'onde est dans les 550 nanomètres. Un déplacement de la vitre de 275 nanomètres vers l'avant ou vers l'arrière fera passer le signal d'un maximum à un minimum. A quelle intensité de son cela correspond-il? Je ne sais pas. Très faible probablement.

    Et naturellement les perturbations causées par les bruits de la rue, le vent etc, seront présentes, mais tout autant que si on utilisait un micro classique, sauf que ce n'est pas la membrane du micro qui vibre, mais la vitre.

    Je plussoie avec zibuth. Soit tu as une vitre qui est exactement perpendiculaire au faisceau, soit tu utilises un catadioptre, mais je ne sais pas si un catadioptre de vélo sera assez bon pour éviter que le rayon réfléchi ne se disperse (voire perde sa cohérence?)

    L'interféromètre de Michelson est extrêmement sensible. Il avait été utilisé par les chercheurs ayant mis au point les premiers lasers. Il y a une légende urbaine qui prétend que lors d'une de ces expériences, le chercheur n'arrivait pas à avoir un signal stable. Le problème était causé par les vibrations produites par son chien, qui remuait la queue à côté de lui!
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

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  24. #19
    calculair

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Votre laser ne semble pas très monochromatique, sa largeur de raie dépasse les 100 MHz. Je n'ai pas compris si cette longueur de cohérence est de 2m ou plus.

    Je vous conseille donc de vous mettre près de la vitre, ce qui va limiter les différents problèmes cités.

    Il faut sans doute rechercher un laser qui se réfléchi bien sur la vitre; ( peut être vers les UV )


    Je pense raisonnable de trouver un laser de 100mW avec une longueur de cohérence de 100 à 200m et de placer le système à 50 m maxi de la vitre

    Avec une hypothèse que 50 % du faisceau est diffusé, la puissance recueillie sera 50mW / (12 *25 00) = 0,0016 mW /m^2

    Pour une lentille de 10 cm^2 la puissance recueilli serait 0,0000016 mW ou 0,0016 micro Watt
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  25. #20
    PIXEL

    Re : Circuit de réception interféromètre

    donc , photodiode avec une sensibilité maxi correspondant au laser

    bonne optique de collimation

    filtre optique précis

    ampli transimpédance avec des aop de course !

    je recommande de refroidir la diode ( module pelletier)

    je m'arrête là , on ne fait pas les devoirs

  26. #21
    Yvan_Delaserge

    Re : Circuit de réception interféromètre

    A mon avis, le point le plus critique n'a pas été mentionné.
    C'est qu'il faut avoir l'ensemble laser et récepteur montés sur une plate-forme qui soit extrêmement bien isolée des vibrations du sol. Autrement, le signal ne sera pas utilisable. Je parlais du chien qui remue la queue, mais toute vibration aura le même résultat délétère sur le signal reçu.

    J'ai un ami qui avait construit une plateforme destinée à réaliser des hologrammes. Elle était constituée d'une dalle de marbre d'une centaine de Kg, posée sur 4 pneus de voiture posés à plat. Eh bien ça n'était pas suffisant pour éliminer les vibrations du sol.

    Pour le reste, le récepteur peut être réalisé de la manière suivante:RECLAS.gif

    La lentille peut être une simple loupe.
    Comme tu as largement assez de puissance, inutile de refroidir la photodiode ou d'utiliser un modèle spécialement sensible au vert (!)....même si ça existait!
    Tu peux éventuellement mettre un filtre vert devant le tube, mais ce n'est pas indispensable. La lumière du jour n'ajoutera qu'un signal continu, facilement éliminable par une liaison capacitive.

    La meilleure façon d'amplifier le signal issu d'une photodiode est un ampli transimpédance, mais l'amplitude du signal reçu étant largement suffisante, inutile d'utiliser des ampli op spéciaux.

    On en avait discuté dans un fil il y a quelques mois, mais le modérateur l'avait fermé. Comme souvent dès que ça parle de laser. Chacun son truc.

    Une vitre va réfléchir toutes les longueurs d'onde, les UV ne seront pas mieux réfléchis que le vert. Un laser de quelques mW suffira.

    Amicalement,

    Yvan
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  27. #22
    calculair

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Bonjour

    J'espère que PIXEL ne m'en voudra pas trop ....

    Cpmptons le nombre de photons

    Energie 1 photons = h c / Lambda = 6,63 * 300 /0,5 * 10^6 * 10^6 *10^-34 = 3980 *10^-22 Joule

    Nb de photons /s = 1 /(4000* 10 ^-22) / ( 0,0016* 10 -6 ) = 1/ 2500 *10 -13 = 0,4 * 10^10 photons /s

    Pour une resolutuion à 10 kHz le détecteur reçoit = 4 * 10 ^5 photons

    Si l'ordre de grandeur est de 10^5 avec un rendement quantique de 10% il reste 10^4 photons utiles

    La puissance de bruit est de l'ordre de 10^2 photons, donc le S/B estimé du son sera de 20 dB

    Donc globalement ce machin peut marcher........mais il y aura un sérieux traitement du son à prévoir.et une optique sérieuse à concevoir
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  28. #23
    Yvan_Delaserge

    Re : Circuit de réception interféromètre

    Citation Envoyé par DarkStrider Voir le message
    C'est pour ma deuxième année de bachelier en Ingénieur Civil.
    Sinon oui on est conscient de tous les problèmes que vous citez mais pour l'instant c'est vraiment le choix photodiode/phototransistor et le circuit nécessaire pour obtenir le courant qu'il nous faut, pour pouvoir faire des tests et voir déjà ce que ça donne.
    Pour la longueur de cohérence, notre laser en a une d'environ 2 m (qui devrait être une dizaine de mètres idéalement mais c'est seulement en attendant d'en trouver un plus adapté)
    Pour l'amplitude de variation de la vitre, elle devrait également être suffisante
    Regarde ici:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Transimpedance_amplifier
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

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