Амплитудный интерферометр и интерферометр интенсивностей

А. Амплитудный интерферометр и интерферометр интенсивностей [c.258]

Хотя оптическая плотность фотографий, полученных с картин голографических полос, может и не представлять собой точную копию интенсивности полос, разрешение полос определяется распределением освещенности, которое для голограмм с усреднением во времени пропорционально / Ф), а для голограмм двух экспозиций записывается в виде sin ф. Возможность наблюдать разницу в плотности влечет за собой возможность наблюдения пространственных смещений полос и, следовательно, устанавливает предельное разрешение по смещению. Измерения положения полосы становятся критичными, когда деформации определяются из голограмм, поскольку такие измерения связаны с различиями в положениях полос (производных амплитудной функции), и, следовательно, небольшие ошибки при измерении положения полосы приводят к увеличению ошибки при расчете деформаций. Хотя для увеличения резкости полос на голограмме двух экспозиций или при регистрации вибраций можно было бы применять в принципе многоволновые голографические методы точно таким же способом, как и классическую многолучевую интерферометрию, сложность постановки такого эксперимента делает привлекательной систему, основанную на более традиционном подходе. [c.547]

Детальное обсуждение преимуществ и недостатков интерферометра интенсивностей в сравнении с более простым амплитудным интерферометром мы отложим до гл. 9. Здесь же про- [c.259]

Существует и ряд других причин, по которым интерферометр интенсивностей представляет ценность, несмотря на его сравнительно низкую чувствительность. Во-первых, длины путей в двух плечах такого интерферометра требуется уравнивать только с точностью до доли с)В, где с — скорость света, а В — электрическая ширина полосы электронного устройства, обрабатывающего сигнал фотоприемника. В случае же амплитудного интерферометра необходимо уравнивать длины путей с точностью до доли /Av, где Av — оптическая ширина полосы интерферометра. Разница между электрической и оптической ширинами полос вполне может составлять несколько порядков величины. Следовательно, требования к точности юстировки в случае интерферометра интенсивностей существенно снижаются. [c.481]

Третье преимущество состоит в том, что атмосферные неоднородности оказывают сравнительно малое влияние на характеристики интерферометра интенсивностей, но исключительно существенны в случае амплитудного интерферометра. Фотоприемники интерферометра интенсивностей совершенно нечувствительны к любым ф азовым ошибкам падающих на них оптических волн. Значительное влияние оказывает только мерцание, вызываемое атмосферой, но и эти эффекты часто оказываются не очень существенными. Амплитудный же интерферометр исключительно чувствителен к атмосферным фазовым возмущениям, даже если размеры апертуры малы. В этом случае регистрируемая интерферограмма все время смещается по многоэлементному фотоприемнику в результате постоянного изменения относительных сдвигов фазы, вносимых двумя атмосферными путями, которые отвечают двум плечам интерферометра. Таким блужданием иитерферограммы практически исключается возможность выделения фазовой информации о комплексном коэффициенте когерентности (интерферометр интенсивностей тоже не позволяет определить эту фазу). Это также делает задачу выделения информации о видности более трудной, чем в случае, когда интерферограмма совершенно неподвижна. [c.482]

Итак, более низкая чувствительность интерферометра ии-тенсивностей по крайней мере частично компенсируется большей площадью коллекторных апертур, меньшей требуемой точностью изготовления этих элементов, малой чувствительностью к атмосферным эффектам и значительно сниженными требованиями к точности юстировки системы. Однако большинство проводящихся исследований в области интерферометрического формирования изображений направлено по пути использования амплитудного интерферометра из-за его превосходной шумовой характеристики. Читателя, интересующегося дальнейшим развитием в области интерферометрии интенсивностей, отсылаем к работе [6.24], где детально обсуждается история вопроса и возможности интерферометра интенсивностей. [c.482]

В ряде случаев интерферометр выгодно настроить на одну интерференционную полосу и работать с очень малыми порядками интерференции. При этом можно измерять малые фазовые изменения, вносимые объектом. Такие фазовые изменения превращаются в амплитудные, а, следовательно, в изменения интенсивности. В этом случае измерения сводятся к обнаружению и измерению малых изменений интенсивности. [c.144]

Анализ амплитудной интерферометрии и интерферометрии интенсивностей, проведенный в предыдущих параграфах, был основан на использовании дискретных моделей процесса фоторегистрации. Под этим мы подразумеваем, что при анализе амплитудной интерферометрии предполагался дискретный набор малых фотоприемииков, каждый из которых дает один элемент вектора числа фотоотсчетов. Предполагалось, что фотоприемники в интерферометрах интенсивностей включаются в дискретных интервалах времени и каждый из них дает дискретную последовательность фотоотсчетов для дальнейшей обработки. Читатель может оценить достоинства этого метода, ознакомившись здесь с другим методом анализа, в котором используется пространственно-непрерывная модель процесса фоторегистрации. [c.483]

Существует много способов М. с. на основе физ. аффектов (алектрооптический, магнитооптический, упругооптический и др.), возникающих при распространении света в разл. средах. Для такой М. с. применяют управляемый двулучепреломляющий элемент из материала, обладающего естественной или наведённой анизотропией. Внеш. управляющее поле (напр., электрическое или поле упругих напряжений) приводит к изменению оптич. характеристик среды. В широко распространённых модуляторах на основе Покпельса эффекта фазовый сдвиг между обыкновенным и необыкновенным лучами линейно зависит от величины напряжённости электрич. ноля, а в модуляторах на основе Керра эффекта — зависимость квадратичная. Для получения амплитудной М. с. электрооптич. вещество обычно помещают между скрещенными поляризаторами. Важным свойством электрооптич. эффекта является его малая инерционность, позволяющая осуществлять М, с. вплоть до частот 10 Гц. В электрооптич. модуляторах ослабление модулирующего сигнала не зависит от интенсивности модулируемого света, и потому для увеличения глубины модуляции используют многократное прохождение света через один и тот же модулирующий кристалл. Примером может служить модулятор на основе интерферометра Фабри — Перо, заполненного электрооптич. средой. [c.184]

Появление лазеров вызвало интенсивное развитие методов внутр. М, с., основанных на управлении когерентным излучением за счёт изменения параметров лазера. При этом мы. устройства, применяемые как внеш. модуляторы, номещаются внутри оптического резонатора лазера. Используя разл. способы внутр. модуляции, получают любой вид М. с. амплитудный, частотный, фазовый и поляризационный. Частотой излучения лазера управляют, изменяя добротность оптич. резонатора лазера, напр. менян оптич. длину резонатора. С этой целью одно из зеркал резонатора закрепляют либо на магнитострикционном стержне (см. Магнитострикционный преобразователь), либо на пьезоэлементе и изменяют длину резонатора синхронно с модулирующим напряжением. Тот же эффект достигается путём изменения показателя преломления среды, заполняющей резонатор, для чего используется электрооптич. кристалл. Частотную модуляцию излучения лазера можно получить также при наложении на активную среду магн. или электрич. полей (см. Зеемана эффект, Штарка эффект), под действием К-рых происходит расщепление и смещение рабочих уровней атомов, ответственных за генерацию когерентного излучения. Изменяя величину коэф. усиления, получают амплитудную модуляцию излучения лазера. Для этого воздействуют на разность населённостей активной среды, либо изменяя мощность её возбуждения, либо используя всцомогат. возбуждение, приводящее к-перераспределению населённостей. Амплитудная модуляция излучения может быть получена и при помощи модуляции тока разряда газовых или полупроводниковых лазеров, работающих в непрерывном режиме. Одним из методов управления когерентным излучением является модуляция величины обратной связи лазера, т. е. коэф. отражения зеркал резонатора. С этой целью используют резонатор, одно из зеркал к-рого вращается с большой скоростью, и потому условия генерации выполняются лить в короткие промежутки времени. Вместо зеркал часто используют вращающуюся призму полного внутр. отражения. Изменение величины обратной связи можно получить, заменяя одно из зеркал на систему зеркал, образующих интерферометр Фабри — Перо. Коэф. отражения такого резонатора зависит от расстояния между зеркалами, изменяя к-рое можно модулировать интенсивность излучения и получать т. н. гигантские импульсы, мощность излучения в к-рых существенно превосходит мощность непрерывной генерации. Наконец, излучение лазеров также модулируют, изменяя добротность оптич. резонатора путем введения потерь, величина к-рых управляется внеш. сигналом. Для этого используют модуляторы на основе элек- [c.184]

Наконец, в гл. 9 излагается полуклассическая теория регистрации света, которая иллюстрируется на примере анализа ограничений для чувствительности амплитудной интерферометрии, интерферометрии интенсивностей и звездной спекл-интер-ферометрии. [c.17]

Если чувствительность интерферометра интенсивностей действительно столь мала, то почему он представляет какую-то ценность Дело (частично) в том, что коллекторные апертуры интерферометра интенсивностей могут быть значительно больше, чем у амплитудного интерферометра, и, следовательно, в рассматриваемом случае коллекторной апертурой может быть охвачена большая доля отдельной ячейки когерентности. Наше предположение о том, что параметр вырождения фотоотсчетов одинаков для обоих интерферометров, если используется свет от одного и того же источника, на самом деле неверно. Если апертура коллектора в каком-либо плече интерферометра меньше, чем размер отдельной ячейки когерентности, то параметр вырождения фотоотсчетов на фотоприемнике для этого плеча пропорционален площади этой апертуры [формула (9.3.22)]. Диаметр наибольшего возможного коллектора в интерферометре Майкельсона, работающего в пределах земной атмосферы, равен 10 см (или, может быть, несколько меньше) большие размеры апертуры приводят к потере видности вследствие того, что в процессе измерения участвует более одной атмосферной ячейки когерентности. В интерферометре же интенсивностей, который нечувствителен к атмосферным искажениям фазы света, достигающего фотоприемник, могут быть использованы коллекторные апертуры значительно больших размеров, чем указанные выше. Например, интерферометр интенсивностей в Наррабри в Австралии имеет коллекторы диаметром 7 м. Таким образом, эффективный параметр вырождения фотоотсчетов регистрируемого света оказывается для этого интерферометра интенсивностей приблизительно в 70 раз больше, чем для сравнимого амплитудного интерферометра. [c.481]

В дополнение к результатам интерферометрического исследования фазовой структуры применялся численный метод восстановления фазы 48] пучка в фокальной плоскости первой Фурье-лиизы распределение фазы восстанавливалось по результатам измерения распределения интенсивности во входной м выходной плоскостях, соответственно, фурье-линзы Ь2, в ходе 30 итераций процедуры [48]. Схема экспериментальной установки для получения двух распределений приведена на рис. 6.35. После 30 итераций, среднеквадратичное отклонение экспериментально полученного амплитудного распределения от его оценки на последней итерации составляло менее 17%. Восстановленное фазовое распределение во входной плоскости фурье-линзы представлено на рис. 6.42. Фазовый сдвиг между половинками моды составляет около 0,85 Я, что согласуется с результатами интерферометрии и теоретической оценкой тт. Таким образом, устойчивость амплитудно-фазовой структуры гауссовых мод к фурье-нреобразованию позволяет использовать итеративную процедуру 48], основанную на вычислении прямого и обратного преобразований Фурье, для верификации результатов интерферометрического исследования фазовой структуры сформированного модового пучка (см. рис. 6.39, 6.41, 6.42). [c.448]

Дважды экспонированный на одной пластинке тест-объект восстанавливается как два независимых волновых фронта, и, таким образом, одна голограмма после восстановления может действовать как полный интерферометр. Многократное экспонирование голограммы дает гот же эффект, что и двойное, с той лишь разницей, что в первом случае экспозиция синхронизуется с временными изменениями изучаемого объекта. В частности, если стробоскопический голографический интерферометр синхронизован с периодом вибраций тест-объекта, то при этом на кадрах наблюдаются амплитудные значения сдвига для данного типа вибрации, если период и фаза стробирующего импульса выбраны так, что экспозиции приходятся на максимум и нуль цикла вибрации. Многократное экспонирование с переменной фазой действует так же, как и многолучевая интерферометрическая схема, в которой различные вклады суммируются с разными фазами, а результат представляет собой среднеквадратичное значение этих сумм. В этом примере интенсивность полос интерференционной картины является функцией среднего фазового изменения на голограмме за время экспозиции. Если эти фазовые изменения случайны и некоррелированы, то голограмма не получается. Коррелированные фазовые изменения, например создаваемые синусоидальным или линейным движением объекта во время экспозиции, приводят к интерференционным картинам, которые можно предсказывать [24, 44]. При этом восстановленное с голограммы изображение, вообще говоря, является функцией временной когерентности света и может быть использовано как мера этой когерентности. [c.509]

Важнейший прогресс в методах оптической фильтрации, а также в интерферометрии был достигнут в 1965 г. Габором, Строуком и др. [5] (разд. 9 настоящей главы), которые доказали, что сложение комплексных амплитуд можно осуществить в самом изображении. Изображение в этом случае формируется путем последовательного наложения на одну и ту же голограмму интенсивностей нескольких голограмм. Каждая из этих голограмм содержит дифракционную картину изображения, комплексная амплитуда которого участвует в операции амплитудного сложения. В противоположность корреляционной фильтрации схему Габора — Строука можно назвать методом синтеза оптических изображений (разд. 9). [c.94]

Детектирование фазомодулированных сигналов в системах оптической обработки информации и, в частности, в интегральной оптике представляет сложную техническую задачу. Поэтому изменение фазы электромагнитного излучения, индуцированное с помощью электрооптического эффекта, преобразуется в волноводных структурах в амплитудную модуляцию сигнала. В волноводном интерферометре Маха — Цендера (рис. 8.4, и, к) излучение на двухмодовом входном участке синфазно делится с помощью У-разветвителя пополам. При подаче управляющего напряжения противоположной полярности на боковые электроды в каждом из плечей интерферометра происходит фазовый сдвиг за счет электрооптического эффекта. Если управляющее напряжение достаточно для относительного сдвига фазы в плечах интерферометра на л рад, то при сложении сигналов двух плечей на выходном У-разветвителе в волноводе наблюдается 100%-ная модуляция интенсивности излучения. При введении в структуру интерферометра асимметрии, т. е. когда длина одного из плечей элемента отличается от другого на величину, достаточную для создания фазового сдвига на л рад, излучение на выходе имеет нулевую интенсивность. При подаче напряжения на электроды интенсивность квадратично возрастает. Данный элемент может быть применен для детектирования электромагнитного излучения. В различных модификациях интерферометра могут быть применены трехдеци-бельные входные и выходные делители мощности для обеспечения заданного распределения мощности в волноводах и уменьшения потерь на У-разветвителе (рис. 8.4, и). Индуцируемая разность фаз Б таком устройстве определяется аналогично выражению (8.25). Отношение интенсивностей входного и выходного сигналов для интерферометра с одинаковым разветвлением мощности ц = созЦА Ь/2), [c.151]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...