La velocimetría Doppler de fotones ( PDV ) es un análisis de transformada de Fourier unidimensional de una interferometría láser heterodina , utilizada en la comunidad de física de choques para medir velocidades en experimentos dinámicos con alta precisión temporal. La PDV fue desarrollada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore por Oliver Strand. [1] En los últimos años, la PDV ha alcanzado popularidad en la comunidad de física de choques como complemento o reemplazo del sistema de interferómetro de velocidad para cualquier reflector (VISAR), otro sistema de interferometría de velocidad con resolución temporal. La tecnología moderna de adquisición de datos y los dispositivos de telecomunicaciones ópticas listos para usar ahora permiten el ensamblaje de sistemas PDV con presupuestos razonables.
El mecanismo fundamental de PDV es el patrón de interferencia creado por dos ondas electromagnéticas con una pequeña diferencia de frecuencia. Dado que la mayoría de los sistemas PDV se construyen con el equipo de telecomunicaciones disponible, una fuente láser estándar para un sistema PDV está centrada en 1550 nm (o 193,4 THz). Si esta fuente se refleja en una superficie en movimiento con cierta velocidad ( ), la luz reflejada se desplazará en frecuencia ( ) de acuerdo con la ecuación de desplazamiento Doppler relativista.
Si la luz de retorno desplazada se ve interferida con la fuente original, la onda resultante tendrá una frecuencia de batido en el rango de unos pocos gigahercios. Esta frecuencia de batido es lo suficientemente lenta como para que pueda ser monitoreada con un fotodetector simple y un osciloscopio de alta velocidad. Al registrar la frecuencia de batido a lo largo del tiempo, se obtiene un historial completo de la velocidad de la superficie.
En teoría, el análisis de una señal de datos PDV es bastante simple, donde la velocidad aparente de la superficie en movimiento ( ) es simplemente una función de la longitud de onda de la fuente ( ) y la frecuencia de la señal ( ):
Sin embargo, en la práctica, determinar la frecuencia instantánea ( ) de la señal mediante inspección puede ser impreciso e ineficiente. En consecuencia, se utiliza el análisis de transformada de Fourier para extraer los componentes de frecuencia más probables, que luego se pueden utilizar para calcular el historial de velocidad.
Al realizar transformadas de Fourier secuenciales a lo largo de una ventana de tiempo que se desplaza a lo largo de la señal de datos, se puede crear un espectrograma 2D que indica los componentes de frecuencia más dominantes en los datos. Luego, se puede extraer el historial de velocidad del espectrograma.
El PDV puede medir una amplia gama de velocidades (limitada principalmente por la resolución temporal del equipo de registro de señales) y es relativamente fácil de configurar y usar.
Dependiendo de la calidad de la señal de datos y de los parámetros de la FFT, el error inherente en las mediciones de PDV puede ser alto. Sin embargo, existen formas de mitigar estos problemas y obtener historiales de velocidad con una precisión muy alta. [2]
La conferencia de usuarios de PDV de 2009 se celebró en el Instituto de Tecnología Avanzada de la Universidad de Texas en Austin . [3] La conferencia de usuarios de PDV de 2010 se celebró en la Universidad Estatal de Ohio. [4]
