Die Photron Crysta ist eine Hochgeschwindigkeits-Polarisationskamera für die zweidimensionale Analyse der Doppelbrechung in transparenten und halbtransparenten Materialien oder Flüssigkeiten.

Warum Polarisation? Es gibt viele Möglichkeiten, das Äußere eines Objekts abzubilden: Hochgeschwindigkeitsfotografie, multispektrale Bildgebung, digitale Bildkorrelation (DIC), Infrarot und herkömmliche Bildgebung mit 25 oder 30 Bildern pro Sekunde, um nur einige zu nennen. Aber was passiert, wenn man sehen will, was im Inneren des Objekts, unter der Oberfläche des Objekts, vor sich geht? Durch die Visualisierung der Doppelbrechung eines Objekts kann das Photron Crysta die Spannungen messen, die im Inneren der geprüften Materialien auftreten.

Was ist Doppelbrechung? Nun, transparente oder kristalline Materialien können entweder als isotrop eingestuft werden, d. h. die Brechung ist symmetrisch, d. h. sie ist unabhängig von der Richtung, in der das Licht durch das Material fällt, gleich, z. B. Glas. Einige Materialien sind jedoch anisotrop - das heißt, sie haben eine physikalische Eigenschaft, die einen anderen Wert hat, wenn sie in einer anderen Achse gemessen wird - Holz ist ein gutes Beispiel für Anisotropie, es hat zwei deutlich unterschiedliche Achsen und ist entlang der Maserung stärker als quer dazu. Calcit ist ein hervorragendes Beispiel für ein anisotropes Material, bei dem das Licht in zwei Strahlen (gewöhnliche und außergewöhnliche) gebrochen wird, die von der Polarisation und der Ausbreitungsrichtung des Lichts abhängen. Ein Strahl wird sich in der Regel langsamer ausbreiten als der andere. Dieser Unterschied wird als Retardation bezeichnet.

Abb. 1. Aufbau des Hochgeschwindigkeitssensors von Photron Crysta.

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Crysta um eine Hochgeschwindigkeits-2D-Polarisationskamera, bei der ein 1MP-CMOS-Sensor, der aus 1.024 x 1.024 20µm großen Pixeln besteht, mit einem pixelierten Polarisator-Array aus photonischem Kristall ausgestattet ist, das direkt auf dem Sensor angebracht ist. Dieses photonische Kristallgitter besteht aus vier quadratischen Pixeln, die jeweils eine andere Polarisationsachse bei 0˚, 45˚, 90˚ und 135˚ haben. Durch die Anwendung von Phasenverschiebungsalgorithmen mit zirkular polarisiertem einfallendem Licht können die Phasendifferenz der Doppelbrechung und der Azimutwinkel gemessen werden, so dass wir die physikalische Spannung in transparenten und halbtransparenten Flüssigkeiten und Festkörpern bei voller Auflösung mit bis zu 7.000 Bildern pro Sekunde (fps) und bei reduzierter Auflösung mit bis zu 1,3 Millionen fps quantifizieren und messen können.

Abb. 2. Beziehung zwischen Retardierung und Stress

Vergleicht man den Crysta mit den bereits auf dem Markt erhältlichen Polarisationssystemen, so liegt der Hauptvorteil darin, dass der Crysta das gesamte Bild sehen kann und nicht nur eine Zeile nach der anderen oder eine spezielle Ansicht, deren Zusammenstellung Minuten dauert. Mit dem Crysta können Sie das gesamte Gebiet, das Sie interessiert, tausende Male pro Sekunde und mit globalen Verschlusszeiten von nur 369 Nanosekunden sehen. Zusätzlich zur Erfassung der Hochgeschwindigkeits-Doppelbrechungsdaten des 2D-Flächen-Scans, die zeigen, was im Inneren des zu bohrenden Acrylblocks geschieht, können wir neben den Verzögerungsinformationen auch Polarisationsachsendaten und "herkömmliche" Hochgeschwindigkeits-Bilddaten aufzeichnen.

 

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