เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรี แบบผสมตัวเองหรือแบบฉีดกลับเป็นเทคนิคอินเตอร์เฟอโรเมตรีที่ส่วนหนึ่งของแสงที่สะท้อนจากเป้าหมายที่สั่นจะสะท้อนกลับเข้าไปในโพรงเลเซอร์ทำให้เกิดการปรับเปลี่ยนทั้งแอมพลิจูดและความถี่ของลำแสงที่ปล่อยออกมา ด้วยวิธีนี้ เลเซอร์จะไวต่อระยะทางที่ลำแสงสะท้อนเดินทาง จึงกลายเป็นเซ็นเซอร์วัดระยะทาง ความเร็ว หรือการสั่นสะเทือน^{[ 1 ]}ข้อดีเมื่อเทียบกับระบบการวัดแบบดั้งเดิมคือต้นทุนที่ต่ำกว่าเนื่องจากไม่มีเลนส์ปรับลำแสงและโฟโตไดโอดภายนอก^{[ 2 ] [ 3 ]}

หลังจากมีการพัฒนาอุปกรณ์วัดการแทรกสอดภายนอกแบบคลาสสิก ( อุปกรณ์วัดการแทรกสอด แบบมิเชลสันและ แบบมัค -เซนเดอร์ ) ซึ่งประกอบด้วยเลนส์ตัวแยกแสงกระจก และลูกบาศก์มุมแล้ว ก็มีการศึกษาความเป็นไปได้ในการสร้างระบบที่เรียบง่ายและกะทัดรัดกว่ามาก เริ่มตั้งแต่ทศวรรษ 1980 อุปกรณ์รูปแบบใหม่นี้ซึ่งรู้จักกันในชื่อการฉีดกลับหรือการผสมด้วยตนเอง ได้รับการสำรวจ และมีการนำผลของการฉีดกลับไปใช้กับไดโอดเลเซอร์เชิงพาณิชย์มาตีพิมพ์ในวารสารทางวิทยาศาสตร์

ในการกำหนดค่าอินเตอร์เฟอโรเมตริกประเภทนี้ ข้อเท็จจริงที่ว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์เพียงเล็กน้อย หลังจากสะท้อนโดยเป้าหมายที่สั่นแล้ว จะถูกส่งกลับเข้าไปในโพรงเลเซอร์อีกครั้ง ซึ่งจะทำให้เกิดการตรวจจับรังสีแบบโคherent ขึ้น: พลังงานที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์จะถูกปรับเปลี่ยนทั้งในแอมพลิจูด ( AM ) และความถี่ ( FM ) ทำให้เกิดสัญญาณอินเตอร์เฟอโรเมตริกแบบแถบ^{[ 4 ]}สัญญาณนี้เป็นฟังก์ชันคาบของเฟสของสนามที่กระเจิงกลับ ตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้: ${\displaystyle \Phi }$

$${\displaystyle \Phi =2ks_{0}=2{\frac {2\pi }{\lambda }}s_{0}}$$

โดยที่คือเลขคลื่นและคือระยะทางทางกายภาพระหว่างแหล่งกำเนิดเลเซอร์กับเป้าหมายที่เคลื่อนที่ หากมีการกำหนดการเลื่อนเฟสของคาบทั้งหมด นั่นคือ= เราจะได้= ดังนั้น หากเราสามารถมองเห็นแถบแสงทั้งหมดบนหน้าจอออสซิลโลสโคป เราสามารถกล่าวได้ว่าการเลื่อนเฟสเนื่องจากการเคลื่อนที่ของสิ่งกีดขวางคือนั่นคือ/ ด้วยวิธีนี้ โดยการนับจำนวนแถบแสงที่มองเห็นได้ เราสามารถคำนวณทั้งขนาดและทิศทางของการกระจัดด้วยความละเอียดของ/ ได้ สิ่งนี้ได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี 1978 โดยSilvano Donati ^{[ 5 ]}${\displaystyle k}$${\displaystyle s_{0}}$${\displaystyle \Delta \Phi }$${\displaystyle 2\pi }$${\displaystyle \Delta {\text{s}}}$${\displaystyle {\tfrac {\แลมบ์ดา }{2}}}$${\displaystyle 2\pi }$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle 2}$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle 2}$

เมื่อเปรียบเทียบกับอินเตอร์เฟอโรเมตรแบบคลาสสิกที่อ้างอิงถึงของมิเชลสัน อินเตอร์เฟอโรเมตรชนิดใหม่นี้มีความเรียบง่ายกว่ามาก เนื่องจากลำแสงเลเซอร์มีข้อมูลทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณอยู่แล้ว ซึ่งไม่ได้เกิดจากการรวมตัวของลำแสงสองลำที่มาจากความแตกต่างของเส้นทางแสง ดังนั้นเส้นทางแสง อ้างอิง จึงไม่จำเป็นสำหรับการวัดอีกต่อไป และอาศัยเพียงปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าที่เดินทางไปยังเป้าหมายและสนามไฟฟ้าภายในโพรงเลเซอร์ เท่านั้น ^{[ 2 ]}

ภาพแสดงแนวโน้มของสัญญาณอินเตอร์เฟอโรเมตริกแบบปรับแอมพลิจูด ซึ่งสร้างขึ้นโดยเป้าหมายที่สั่น (เช่นลำโพงเสียง ) ที่ได้รับพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าแบบไซน์ สำหรับคุณสมบัติของเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรีแบบผสมตัวเอง เมื่อใดก็ตามที่การสั่นของเป้าหมายที่สั่นมีลักษณะที่การกระจัดมากกว่าหรือเท่ากับ/ (โดยที่คือความยาวคลื่นของเลเซอร์ที่ใช้) จะเกิดแถบอินเตอร์เฟอโรเมตริกขึ้น อย่างไรก็ตาม ในส่วนของการปรับแอมพลิจูดของสัญญาณอินเตอร์เฟอโรเมตริกนั้น โดยพื้นฐานแล้วมีผลตามมาสองประการ: ${\displaystyle \lambda _{0}}$${\displaystyle 2}$${\displaystyle \lambda _{0}}$

• ด้วยการนับจำนวนแถบแสงที่เกิดขึ้นอย่างง่าย ๆ ก็สามารถคำนวณหาการเคลื่อนที่ของเป้าหมายได้
• เครื่องมือที่ใช้การปรับความกว้างของคลื่น (AM) เพียงอย่างเดียวจะมีความไวไม่มากนัก

การมอดูเลชั่นแอมพลิจูด (AM) ของกำลังแสงที่ปล่อยออกมาจะถูกตรวจจับโดยโฟโตไดโอดของมอนิเตอร์ (PD) ภายในแพ็คเกจเลเซอร์ ในเทคนิคการแทรกสอดเฉพาะนี้ ความละเอียดของการวัดการกระจัดและการสั่นสะเทือนถูกจำกัดด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนหรือSNR ที่ต่ำ ทำให้ระบบนี้เหมาะสำหรับการวัดที่ช้าและกว้างเท่านั้น^{[ 6 ]}

เมื่อเปรียบเทียบกับการอ่านการมอดูเลชันแอมพลิจูดที่ทำด้วยโฟโตไดโอด การอ่านการมอดูเลชันความถี่มีความซับซ้อนกว่า เนื่องจากสัญญาณถูกซ้อนทับบนตัวพาที่ความถี่แสง (ในระดับ THz) ซึ่งมองไม่เห็นโดยตัวตรวจจับเซมิคอนดักเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์การอ่าน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เทคนิค (เช่นตัวรับซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ ) หรือระบบแสงที่ซับซ้อนเพื่อแปลงการมอดูเลชันความถี่เป็นการมอดูเลชันแอมพลิจูด: ในความเป็นจริง การใช้การมอดูเลชันความถี่จะทำให้สามารถบรรลุอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ที่สูงขึ้น และความละเอียดที่ดีขึ้นในเงื่อนไขการเลื่อนน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นได้ ระบบที่สามารถแปลงการมอดูเลชันความถี่เป็นการมอดูเลชันแอมพลิจูดได้นั้นประกอบด้วย อินเตอร์เฟ อโรเมตร Mach-Zehnderซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรองแสง^{[ 2 ]}รูปร่างของฟังก์ชันการถ่ายโอน ตัวกรอง มีรูปแบบไซน์ที่สมบูรณ์แบบโดยการเปลี่ยนความถี่ของเลเซอร์ โปรไฟล์ไซน์จะถูกทำซ้ำสำหรับสเปกตรัมทั้งหมด เนื่องมาจากปรากฏการณ์การรบกวนซึ่งเป็นพื้นฐานของการทำงานของตัวกรอง: ^{[ 6 ]}

ฟังก์ชันถ่ายโอนตัวกรอง:${\displaystyle T(v)\cong \mathbf {\Gamma _{AM}} \cdot \mathbf {sin} \left[{\frac {2\pi n_{\text{g}}\Delta \!L}{\lambda }}\right]}$

โดยที่เป็นสัมประสิทธิ์แอมพลิจูด และเป็นดัชนีกลุ่มสามารถทำการแปลงได้อย่างเหมาะสมโดยการปรับเทียบความแตกต่างของเส้นทางที่ความถี่แสงใดๆ (ดังนั้นจึงเป็นความยาวคลื่นเลเซอร์ใดๆ) ความแตกต่างของเส้นทางกำหนดทั้งช่วงสเปกตรัมอิสระ (FSR)ของเครื่องมือ ซึ่งตรงกับแบนด์วิดท์ระหว่างยอดสองยอดที่ต่อเนื่องกันของฟังก์ชันการถ่ายโอน และความไวของตัวกรอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากความยาวของความแตกต่างของเส้นทาง Mach-Zehnder มีขนาดใหญ่ ความไวของตัวกรองจะสูง ดังนั้นแอมพลิจูดของสัญญาณที่แปลงแล้วจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่หากความยาวของความแตกต่างของเส้นทาง Mach-Zehnder มีขนาดเล็ก ความไวของตัวกรองจะต่ำ ดังนั้นแอมพลิจูดของสัญญาณที่แปลงแล้วจะลดลง: ^{[ 6 ]}${\displaystyle \Gamma _{AM}}$${\displaystyle n_{\text{g}}}$${\displaystyle \Delta {\text{L}}}$${\displaystyle \Delta {\text{L}}}$

ความไวของตัวกรอง:${\displaystyle \left.{\frac {T(v)}{dv}}\right|_{max}\cong {\frac {2\pi n_{\text{g}}\Delta \!L}{c}}}$

ในการออกแบบ Mach-Zehnder จำเป็นต้องหาจุดลงตัวระหว่างความไว FSR และมิติของตัวกรอง โดยคำนึงถึงแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนหลักในระบบ^{[ 2 ]}${\displaystyle \Delta {\text{L}}}$

แหล่งกำเนิดเสียงรบกวนที่ส่งผลกระทบต่อระบบทั้งหมดนั้นเกี่ยวข้องกับการมอดูเลชั่นทั้งแบบแอมพลิจูดและความถี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แหล่งกำเนิดเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับการมอดูเลชั่นแบบ AM เกิดจากทั้งเสียงรบกวนจากกระแสไฟฟ้ามืด เสียงรบกวนจากช็ อต และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของโฟโตไดโอดมอนิเตอร์ รวมถึง เสียง รบกวนจากช็อต ของเลเซอร์ ในทำนองเดียวกัน แหล่งกำเนิดเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับการมอดูเลชั่นแบบ FM ไม่ได้เกิดจากเสียงรบกวนจากกระแสไฟฟ้ามืด เสียงรบกวนจากช็อต และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของโฟโตไดโอด FM เท่านั้น แต่ยังเกิดจากเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับการมอดูเลชั่นความถี่ของเลเซอร์ ซึ่งถูกแปลงเป็นเสียงรบกวนแบบแอมพลิจูดโดยอินเตอร์เฟอโรเมตรแบบ Mach-Zehnder ด้วย เสียงรบกวนประเภทหลังนี้เกี่ยวข้องกับความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ ซึ่งเชื่อมโยงกับเฟสแบบสุ่มของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากการ ปล่อยแบบธรรมชาติ

เมื่อเข้ากันได้กับสัญญาณรบกวนที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องมือที่จะใช้ในการรับสัญญาณ AM และ FM จะสามารถลดความแตกต่างของเส้นทางและสัญญาณรบกวนที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณอินเตอร์เฟอโรเมตริกได้ ตราบใดที่การมีส่วนร่วมของสัญญาณรบกวนหลักยังคงสัมพันธ์กับการมอดูเลชั่นความถี่^{[ 2 ]}