Sistema interferometrico con messa a fuoco automatica del bersaglio per la misura di velocità e spostamento

The aim of the present study is the design of a self mixing interferometric system with an autofocus system. The device is able to perform speed measurements, absolute distance measurements and to deduce the dimension of a moving object. The study was developed in the Laboratorio di Misure Ottiche ed elettroniche - MOLES of the Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano. The device is under developing from various years. The study was focused about the improvement of the optical system and about the implementation of new algoritm to introduce new function and improve the existent ones. Herein, the structure of the thesis will be presented, focusing on the main issues discussed in each chapter. • The first chapter presents a general overview on the working principles of laser and on the various kind of semiconductor laser. • The second chapter describes the basic principles of the classic interferometry focusing the attention on the self interferometry and on the kind of measures possible with this system • The third chapter presents the hardware section of the system composed by the optical system, the analog electronics and the digital electronics. • In the fourth chapter the software section and the alghoritm implemented are presented, describing all the trick developed to make a stable a system. • The fifth chapter presents the various sperimental measurement made during this study.

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è il progetto di un sistema interferometrico a retroiniezione con sistema di messa a fuoco automatica per la misura della velocità, dello spostamento e delle dimensioni fisiche di un bersaglio. Il lavoro è stato svolto presso il Laboratorio di Misure Ottiche ed elettroniche - MOLES del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano e sfrutta la tecnica dell’interferometria a retroiniezione o Self-Mix. Lo strumento in questione deriva dalle conoscenze aquisite con un’attività di ricerca che si sviluppa da diversi anni. Il lavoro si è concentrato sul miglioramento delle prestazioni ottiche con l’introduzione di una lente a fuoco variabile gestita direttamente dal sistema e il conseguente sviluppo degli algoritmi necessari al suo funzionamento. Inoltre si ci è concentrati sull’implementazione di nuovi algoritmi per estendere le funzionalità dello strumento come nel caso della misura delle dimensioni fisiche di un bersaglio e sul miglioramento degli algoritmi già esistenti, come per la valutazione del segno della velocità e dell’elaborazione del segnale in generale. Di seguito verrà presentata la struttura della tesi, riportando gli argomenti trattati in ciascun capitolo. • Il capitolo 1 presenta una panoramica, seppur semplificata, sui principi di funzionamento dei laser. In particolar modo verrà data una breve rassegna sulle tipologie di laser a stato solido presenti nel mercato. • Il capitolo 2 presenta invece una panoramica sull’interferometria classica e sull’interferometria a retroiniezione descrivendo il tipo di misure che è possibile ricavare da un sistema a self-mix. • Il capitolo 3 ha il compito di illustrare la sezione hardware del sistema formata dal sistema ottico, dalla parte di elettronica analogica e dalla parte di elettronica digitale. Si approfondirà quindi ogni il funzionamento di singolo blocco e la loro interconnessione. • Il capitolo 4 descrive la parte software del lavoro presentando nel dettaglio le scelte e gli algoritmi utilizzati per la messa a fuoco automatica della sorgente e per le misure di velocità, del suo segno e delle dimensioni fisiche di un bersaglio. Il capitolo 5 riporta le misure effettivamente realizzate in laboratorio e i risultati ottenuti. Inoltre dà alcuni consigli sui possibili sviluppi futuri del progetto