ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы центрирования с использованием эффектов дифракции и интерференции излучения из "Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении " Использование волновых свойств лазерного излучения — дифракции и интерференции представляет большую перспективу для метрологических целей. [c.60] Известно, что световой поток, встречая препятствие, претерпевает существенные изменения, которые приводят к характерной картине распределения интенсивности света в области за препятстви-е.м. Отклонения от зако1 1 пря.молинейного распространения, проявляющиеся при наличии препятствий на пути световой волны, называют дифракцией света, а возникающее при этом распределение интенсивности света — дифракционной картиной (рис. 30). [c.60] Дифракцией сопровождается взаигиодействие излучения с любым объектом, размеры которого больше длины волны. Однако для измерений используют только объекты простейшей формы. В этом случае измерительное взаимодействие поддается аналитическому описанию, а следовательно, довольно просто интерпретируется результат измерения. Дифракция происходит в тех случаях, когда изменения амплитуды или фазы не одинаковы по всей поверхности волнового фронта, т. е. возникает при любом амплитудном или фазовом нарушении волнового фронта. [c.60] Результатом дифракции является интерференция лазерных лучей, поэтому знание основных положений интерференции совершенно необходимо для понимания дифракции и методов центрирования объектов, основанных на этом эффекте. [c.60] Если в пространстве имеется несколько обычных источников света, то интенсивность света в каждой точке пространства будет равна сум.ме интенсивностей, создавае.мых в этой точке каждым источнико.м в отдельности (рис. 31, а). Однако если источники когерентны, то положение в корне меняется — необходимо учитывать их интерференцию. [c.60] В тех точках пространства, для которых в разности хода укладывается целое число длин световых волн, излучаемых источниками и 5г, колебания происходят в одинаковой фазе — здесь будут максимумы ннтеггсивности света в тех точках, для которых в разности хода укладывается нечетное число полуволн, приходящие от источников колебания, имеют противоположные фазы — здесь будут минимумы освещенности. [c.61] В соответствии с принципом Гюйгенса — Френеля фронт любой волны от источника а можно представить как совокупность источников вторичных световых волн (рис. 31, б). В этом случае интенсивность света в пространстве вокруг точечного источника можнс определить как результаты интерференции световых волн, идущих от совокупности когерентных вторичных источников, непрерывно заполняющих волновую поверхность. [c.62] Дифракционная картина на экране (см, рис. 30) представляет собой чередование темных и светлых колец. Принцип Гюйгенса — Френеля позволяет рассчитать интенсивность света в каждой точке пространства за препятствием. Интенсивность света вдоль линии SO непрерывно изменяется от точки к точке, достигая последовательно своих минимальных и максимальных значений в кольцевых зонах, которые называют зонами Френеля. Мини.мум интенсивности будет приходиться на те точки, для которых оказывается открытым четное число зон, а. максимумы интенсивности будут находиться в точках, для которых открыто нечетное число зон Френеля. [c.62] Из выражения (47) следует, что имеет место однозначная связь между радиусом отверстия г и расстоянием по оси, иа котором получаются максимумы (или минимумы) интенсивности. [c.62] Различают два вида дифракционных явлений. В первом случае дифракционная картина наблюдается в произвольном месте после прохождения световой волной ограничивающих экранов. Этот вид дифракции получил название дифракции Френеля и наблюдается на таких расстояниях, при которых условные размеры оптической неоднородности много больше отношения длины световой волны к линейным размерам этой неоднородности. Во втором случае дифракционная картина наблюдается в месте изображения источника излучения, и, если нет оптических систем, формирующих изображение источника, дифракционная картина наблюдается в бесконечности. Этот вид дифракции получил название дифракции Фраунгофера и проявляет себя на таких расстояниях, при которых угловые размеры оптической неоднородности много меньше отношения длины световой волны к линейным размерам этой неоднородности. [c.63] Распределение освещенности в дифракционных картинах получают решением волновых уравнений, удовлетворяющих граничным условиям препятствий, на которых происходили дифракции. [c.63] Таким образом, на поверхности сферы с центром в начале координат амплитуда дифракционного поля пропорциональна преобразованию Фурье апертурной функции ] Х, У). [c.64] Приведенные уравнения достаточно наглядно показывают возможность дифракции, как метода, позволяющего преобразовать интенсивность излучения в информацию о размерах объекта, его перемещениях, деформациях и прочее. [c.64] Зонные пластинки были применены для центрирования объектов на расстоянии до 3 км. При этом была достигнута точность порядка 0,25 мм [51]. Устройство для центрирования объектов с помощью зонных пластинок (рис. 33) состоит из лазера 1, набора зонных пластинок 2 и фотоприемного устройства 3. Для ослабления влияния внешних условий и турбулентности воздушной среды лазерный луч проходил в трубе, в которой создавался вакуум порядка 0,01 мм рт. ст. [c.65] Положение объектов контролируется автоматически. На каждом блоке 5, положение которого контролировалось, шарнирно крепилась зонная пластинка, и.меющая возможность устанавливаться верт]1кально, перекрывая световой поток, или автоматически выводиться пз 11СГ0. [c.65] Зонные пластинки имели систему прямоугольных отверстий, расположе шых так, чтобы при их освещении лазерным лучом в центре создаваемого ими изображения источника освен1енность возрастала, т. е. в плоскости изображения, совпадающего с плоскостью фотодетектора, происходило сложение световых колебаний. Зонные пластинки были изготовлены из листовой меди методом травления и покрыты слоем никеля. [c.65] Высокой точностью при технически простом осуществлении обладает створный метод центрирования, основанный на известном опыте Юнга. Сущность этого метода заключается в том (рис. 34), что узкая щель в диафрагме 3 освещается лазерным лучом, через которую световой поток падает на двухщелевую диафрагму 4. Вследств,ие дифракции света на краях этих щелей свет выходит в виде двух конусов, перекрывающих друг друга. На экране 5 наблюдают дифракционную картину щириной I, по которой судят о расположении диафрагмы 4 относительно 3. [c.66] Ширина щели в диафрагме 3 может быть определена из формулы (53) с заменой размера Ь на а, соответствующего расстоянию между диафрагмами 3 и 4. [c.66] Одним из перспективных дифракционных методов центрирования является метод асимметрии, при котором реперная ось образуется вследствие симметричного минимума интенсивности в центре лазерного луча. [c.66] Вернуться к основной статье