Laser als meetlat*]
velen denken, maar er liggen nog wel veel onderzoeksterreinen. Ik
wil er hier één uitlichten.
Om de techniek goed te kunnen toepassen, is het belangrijk om een
goede beschrijving te hebben van de kwaliteit van de aansluit-
punten. Het is dus belangrijk om een goede covariantiematrix te
hebben. Het opstellen van een vervangingsmatrix gebeurt met een
covariantiefunctie en het gaat dus om het bepalen van goede para
meters van die functie. Daarbij is een lastig, eigenlijk heel hinderlijk,
probleem dat de covariantiematrix geschrankt is en de invloed van
de schrankingsbasis het opstellen van een goede covariantiematrix
er bepaald niet eenvoudiger op maakt.
Desalniettemin is het tijd om ons af te vragen waar we eigenlijk geld
in moeten steken: in het ontwerpen van goede rekenmodellen en in
het maken van gebruikersvriendelijke programmatuur, of moeten we
investeren in het maken van een dicht veld van hoogprecieze grond-
slagpunten?
Om terug te keren naar het begin van mijn betoog: kost het meer
geld om stevige steunberen te bouwen of om de bouwconstructie
intensief door te rekenen?
De vraagstelling is voor mij een retorische. Toch wil ik ook nog een
waarschuwing plaatsen. Voordat men steunberen weglaat, moet
men de techniek van de rekenmodellen wel volledig beheersen.
Anders krijgen we het effect van fig. 10.
door ir. W. T. G. Vos, werkzaam bij Radio Holland Group.
SUMMARY
The use of laser as a surveyor's rod
The author gives an introduction on the physical principles and remarkable qualities of lasers, especially
within the field of land surveying. Various applications are discussed.
Lichtstralen met een intensiteit die vele malen sterker is dan wordt
aangetroffen aan het oppervlak van de zon, zijn afkomstig van
lasers. „Licht" is in dit kader eigenlijk een te beperkt begrip, omdat
er ook lasers zijn die infrarode of ultraviolette stralen voortbrengen.
De eerste laser echter produceerde een zichtbare, rode straal en na
verloop van tijd werd de naam LASER algemeen geaccepteerd,
waarin de L staat voor „Light" (licht) en de overige letters staan voor
„Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (versterking
door gestimuleerde emissie van straling).
Sinds de introductie van de eerste laser in 1960 zijn er veel lasers
ontwikkeld voor de meest uiteenlopende toepassingen, ondere ande
re als „naald" in CD-spelers, streepjescode-lezer in de supermarkt,
lichtbron voor printers, chirurgisch mes en meetlat in de landmeet
kunde. De fysische principes evenwel zijn steeds dezelfde gebleven.
Fysische principes
De theoretische grondbeginselen van de laser zijn in 1917 geformu
leerd door Albert Einstein. Hij nam aan dat bij de interactie tussen
straling en materie, naast absorptie, twee soorten emissies konden
optreden: spontane en gestimuleerde emissie.
Om deze begrippen te beschrijven, moet een beroep worden gedaan
op de zogenaamde quantumtheorie, waar straling wordt voorgesteld
als een stroom van lichtdeeltjes (fotonen). Volgens deze theorie
komen atomen (overigens ook moleculen en ionen) slechts in dis
crete energietoestanden voor. Een atoom bestaat uit een relatief
zware kern met een aantal daaromheen trillende lichtere elektronen.
Elke triltoestand heeft een bepaald energieniveau en zoals reeds is
opgemerkt, verlopen deze niveaus niet continu; een atoom bevindt
zich op het ene niveau of op het andere, maar niet daartussenin.
Lezing gehouden op 12 oktober 1989 te Utrecht tijdens het 15e
NGL congres.
Normaliter bevindt het atoom zich in de toestand met het laagste
energieniveau: de grondtoestand. Door een foton met de juiste hoe
veelheid energie zijnde precies het verschil in energie tussen twee
niveaus in te vangen, kan straling worden geabsorbeerd. Het
atoom komt daardoor op een hoger energieniveau terecht. Na ver
loop van korte tijd keert het atoom terug naar de grondtoestand.
Daarbij komt energie vrij, die wordt uitgezonden in de vorm van een
foton: spontane emissie.
Veronderstel nu dat er een foton met precies de juiste hoeveelheid
energie aankomt en het atoom zich reeds in de aangeslagen
toestand bevindt. Het aankomende foton kan dan niet worden geab
sorbeerd. Albert Einstein opperde dat in dat geval het atoom terug
keert naar zijn grondtoestand onder uitzending van een foton met
precies dezelfde energie als het aankomende foton: gestimuleerde
emissie (Stimulated Emission). Er zijn dan twee fotonen die op hun
beurt weer twee aangeslagen atomen kunnen stimuleren tot emissie,
enz.
Gestimuleerde emissie is onder omstandigheden zoals die zich
normaal op aarde voordoen, een uiterst onwaarschijnlijke gebeurte
nis. Er moet daarom energie worden toegevoegd om een voldoende
aantal atomen in aangeslagen toestand te krijgen. Energie kan af
komstig zijn van onder andere een sterke flitslamp, een elektrische
stroom of een chemisch proces.
In 1960 was het Theodore Maiman die de eerste werkende laser
bouwde. Hij omgaf een staaf robijnkristal met een spiraalvormige
flitser. Door het flitslicht werden de chroomatomen in een aange
slagen toestand gebracht en er trad gestimuleerde emissie op. Als
Maiman verder niets aan het kristal zou hebben gedaan, zou het
slechts rood zijn opgegloeid. De fotonen gaan namelijk alle kanten
op en verlaten het doorzichtige kristal. Maar hij had de uiteinden van
de staaf van een reflecterende laag voorzien, één zijde volledig
reflecterend, de andere zijde iets doorlatend. De fotonen, die in de
lengterichting van de staaf bewogen, werden aan de uiteinden weer
kaatst, doorliepen nogmaals het kristal, waarbij weer gestimuleerde
emissies werden veroorzaakt, enz. Uiteindelijk kwamen er steeds
Fig. 10. Voordat men steunberen weglaat, moet men de techniek van
de rekenmodellen volledig beheersen.
16
NGT GEODESIA 90 - 1
