СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ В КОГЕРЕНТНОМ СВЕТЕ Российский патент 2015 года по МПК G01B9/02 G02B27/50 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для диагностики неоднородностей в прозрачных средах, а именно в физике горения при исследовании процессов смешения, воспламенения и горения топлив, в экспериментальной газовой динамике, прикладной аэродинамике при изучении обтекания тел, в гидродинамике для диагностики процессов диффузии в жидких средах, а также в других аналогичных областях.

Известен способ получения интерферограмм путем деления волнового фронта на объектный и опорный волновые фронты, возвращения волновых фронтов в обратном ходе, наложение этих волновых фронтов в плоскости регистрации интерферограммы (Оптический производственный контроль./Под ред. Д. Малакары. - М., Машиностроение, 1985 г., с.42 - 43).

Недостатками данного способа получения интерферограмм являются высокие требования к качеству оптических элементов, а также сложность юстировки и настройки системы, обусловленные в основном ограниченной временной когерентностью источника излучения.

Известен способ получения голографических интерферограмм фазового объекта, в котором интерферограммы получают двухэкспозиционным методом голографической интерферометрии при формировании объектных волновых фронтов путем дифракции и опорного волнового фронта (В.Т. Черных, И.Н. Зелинский. Способ получения многочастотного голограммного элемента и его использование в голографической интерферометрии трехмерных фазовых объектов. - Оптика и спектроскопия, т.46, в.4, 1979 г., с.795-799).

Наиболее близким техническим решением является способ получения голографических интерферограмм фазового объекта путем последовательной записи на регистрирующей среде опорного пучка и объектного пучка, прошедшего сквозь фазовый объект, при этом объектный пучок перед записью формируют посредством дифракционного элемента, при формировании объектного пучка посредством дифракционного элемента объектный пучок разлагают на дифрагированные пучки нулевой и высшие порядки дифракции, используют нулевой порядок дифракции, причем нулевой порядок дифракции пропускают сквозь фазовый объект как в прямом, так и в обратном ходе дифрагированных световых пучков на дифракционном элементе, при этом пучки N-х порядков дифракции, образованные в обратном ходе лучей через дифракционный элемент, возвращают одновременно в плоскость дифракционного элемента, а для регистрации объектного и опорного пучков регистрирующую среду устанавливают в одном из N сопряженных обратных пучках N-го порядка дифракции противоположного знака обратного хода лучей, при этом коэффициент чувствительности измерения определяют по формуле: Ч=(N+1)·2, где N - (0, +1; +2; +3, +4…) - порядок дифракции (Патент RU №2500005, МПК G09B 9/025, 27.11.2013).

Основным недостатком известных способов является то, что интерферограмму получают двухэкспозиционным методом, что усложняет оптический эксперимент при изучении быстропротекающих процессов.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа за счет получения интерферограммы быстропротекающих процессов в один момент измерений.

Технический результат достигается тем, что в способе получения интерферограмм в когерентном свете путем деления волнового фронта посредством дифракционного элемента на объектный и опорный волновые фронты, возвращения объектного и опорного волновых фронтов в обратном ходе, наложения указанных волновых фронтов в плоскости узла наблюдения интерферограммы, при этом волновой фронт разделяют по амплитуде и фазе на объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, в плоскость дифракционного элемента возвращают объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, согласно изобретению после дифракционного элемента возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе, возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе, а интерферограмму наблюдают при наложении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции и опорного волнового фронта первого порядка дифракции при обратном ходе указанных волновых фронтов.

Сущность изобретения поясняется Фиг.1, на которой представлена принципиальная схема оптической системы лазерного интерферометра, реализующего предлагаемый способ получения интерферограмм в когерентном свете.

Лазерный интерферометр, реализующий предлагаемый способ получения интерферограмм в когерентном свете, содержит источник 1 когерентного излучения (лазер), коллиматор 2, дифракционный элемент 3, проекционный объектив 4, установленный перед фазовым объектом 5, зеркало 6 объектного волнового фронта, зеркало 7 опорного волнового фронта и узел 8 наблюдения интерферограммы. Проекционный объектив 4 позволяет осуществить оптическое сопряжение плоскости исследуемого фазового объекта 5 с плоскостью узла 8 наблюдения.

Способ получения интерферограмм в когерентном свете осуществляют следующим образом.

Когерентное излучение от лазера 1 поступает в коллиматор 2, при этом на выходе коллиматора формируется пучок параллельных световых лучей.

Коллимированный пучок параллельных световых лучей падает на дифракционный элемент (решетку) 3 по нормали к его поверхности.

На выходе дифракционного элемента 3 образуются объектный волновой фронт W₀ нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт W₊₁ первого порядка дифракции.

Далее объектный волновой фронт $${{\displaystyle W}}_0$$ нулевого порядка дифракции проходит проекционный объектив 4, фазовый объект 5 и падает на зеркало 6 по нормали к ее поверхности.

Опорный волновой фронт $${{\displaystyle W}}_{+1}$$ первого порядка дифракции, распространяясь под углом дифракции, поступает на зеркало 7 также по нормали к ее поверхности.

Затем отраженные от зеркал 6 и 7, соответственно отраженный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции (отраженный объектный пучок) и отраженный опорный волновой фронт первого порядка дифракции (отраженный опорный пучок) возвращают в обратном ходе в плоскость дифракционного элемента 3.

После дифракционного элемента 3 возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе (отраженный объектный пучок $${{\displaystyle W}}_0^{/}$$ в обратном ходе) в результате дифракции на дифракционном элементе 3 распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе $${{\displaystyle W}}_{\mathrm{1,}обр.}^{//}$$ , а возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе (отраженный опорный пучок $${{\displaystyle W}}_{+1}^{/}$$ в обратном ходе), дифрагируя на дифракционном элементе 3 в обратном ходе, распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе $${{\displaystyle W}}_{\mathrm{0,}обр.}^{//}$$ .

При наложении пучков $${{\displaystyle W}}_{+\mathrm{1,}обр.}^{//}$$ и $${{\displaystyle W}}_{\mathrm{0,}обр.}^{//}$$ плоскости узла 8 наблюдается интерферограмма исследуемого фазового объекта.

Таким образом, предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет получить интерферограмму в один момент измерений при использовании лазерного источника света и элемента дифракционной оптики, что весьма важно при изучении быстропротекающих процессов.

Изобретение может быть использовано для диагностики неоднородностей в прозрачных средах, в том числе в физике горения, экспериментальной газовой динамике, прикладной аэродинамике, гидродинамике. В способе волновой фронт разделяют по амплитуде и фазе на объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции посредством дифракционного элемента. Возвращают в плоскость дифракционного элемента объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции. После дифракционного элемента возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе, возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе, а интерферограмму наблюдают при наложении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции и опорного волнового фронта первого порядка дифракции при обратном ходе указанных волновых фронтов. Технический результат - упрощение способа за счет получения интерферограммы быстропротекающих процессов в один момент измерений. 1 ил.

Способ получения интерферограмм в когерентном свете путем деления волнового фронта посредством дифракционного элемента на объектный и опорный волновые фронты, возвращения объектного и опорного волновых фронтов в обратном ходе, наложения указанных волновых фронтов в плоскости узла наблюдения интерферограммы, при этом волновой фронт разделяют по амплитуде и фазе на объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, в плоскость дифракционного элемента возвращают объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, отличающийся тем, что после дифракционного элемента возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе, возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе, а интерферограмму наблюдают при наложении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции и опорного волнового фронта первого порядка дифракции при обратном ходе указанных волновых фронтов.