Интерферометр Советский патент 1985 года по МПК G01B9/02 

(Л

ИНТЕРФЕРОМЕТР, состоящий из предметной и опорной ветвей, отличающийся тем, что, с целью увеличения количества информации, получаемой за одну экспозицию, путем одновременного получения картины полос бесконечной ширины и конечной ширины, в опорную и предметную ветви введены дифракционные решетки, штрихи которых расположены под углом один к другому в проекции на плоскость выходного зрачка.

00

J 1 . . (Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерения и может быть использовано для исследования газов, жидкостей, пламен, взрывов и ударных волн, плазмы и т.д. Цель изобретения - увеличение количества информации, получаемой за одну экспозицию, путем одновременного получения картины полос бесконечной ширины и конечной ширины. На фиг. 1 представлена оптическая схема интерферометраJ на фиг.2образование интерференционной картины в фокальной плоскости объекта. Интерферометр содержит светоделительные зеркала 1 и 2, непрозрачные зеркала 3 и 4. Предметная ветвь интерферометра состоит из зеркал 1, 3 и 2, опорная ветвь интерферометра - из зеркал 1, 4 и 2, исследуемой фазовой неоднород ности 5, объектива 6, проецирующего исследуемую неоднородность на регист рирующий узел 7. Последний регистрирует картину полос бесконечной ширины, а также картины полос конечной ширины. При этом предметная, ветвь образована зеркалами 1, 3 и 2, опорная ветвь состоит из зеркал 1, 4 и 2 la дифракционные решетки 8 и 9, установленные в опорной и предметной ветвях, снабжены держателями с необход мыми степенями свободы, обеспечивающими возможность поворота решеток вокруг осей соответствующих пучков. На фиг. 2 обозначено: 0.| , О о Он - точки фокусировки опорного пучка в 1,0 и -1 порядках дифракции решетки, установленной в опор ном пучке. II ,, Eg , П - пятна фокусировки пре метного пучка в 1,0 и -1 порядках дифракции решетки, установленной в предметном пучке (они уширены, так как предметный пучок искажен исследу мой фазовой неоднородностью). at - угол, который составляют с вер тикалью направления штрихов ре шеток; t - пространственное разделение по вертикали точек Пм и 0-, Устройство работает следующим образом. Входное излучение поступает на светоделительное зеркало 1 и делится на два пучка. Проходящий это зеркало пучек света в опорной ветви интерфе 7 рометра отражается от зеркала 4, проходит дифракционную решетку 8 и поступает на светоделитель 2. Отраженный от светоделителя 1 пучок света в предметной ветви интерферометра от-ражается от зеркала 3,проходит исследуемую неоднородность 5, дифракционную решетку 9 и поступает на светоделитель 2. Решетка 9 пучок света в предметной ветви делит на три пучка - нулевого, -Ы -1 порядков. Решетка 8 точно так же расщепляет пучок света в опорной ветви. Исходное направление штрихов решеток вертикальное (перпендикулярное плоскости фиг. 1). Если повернуть каждую из этих решеток на небольшой уголо, вокруг осей пучков так, чтобы штрихи одной из них составляли угол + tC с вертикалью, а другой -oi с вертикалью, то в фокальной плоскости объектива соответствующие пучки создадут картину, изображенную на фиг. 2. В проекции на плоскость интерференционной картины штрихи решеток составляют угол 2 oi друг с другом. Как видно из фиг. 2, несмещенные решетками пучки нулевых порядков 0 и По образуют как и до введения решетки картину полос бесконечной ширины. Смещенные пучки минус первого порядка П- и образуют полосы конечной ширины, период которых Т равенЯгде обозначение t ясно из фиг. 2, а f - фокусное расстояние объектива 6. В свою очередь t- - f t - где b - период дифракционных решеток. Отсюда f b t 2ftj Период полос конечной ширины задается периодом используемых дифракционных решеток Ь, а также углом их разворота о . Так, например, используя решетки с ,01 мм можно получить полосы с периодом Т 1 мм, если угол об 1/200 рад.. Ориентация полос конечной ширины определяется углом разворота и первоначальной ориентацией штрихов решеток. Для изображенного на фиг. 2 случая полосы конечной ширины горизонтальны. При развороте решеток можно получить вертикальные полосы. В любом случае

31

полосы перпендикулярны биссектрисе угла, который составляет штрихи дифракционных решеток. Аналогичные полосы конечной ширины того же периода и ориентации образуют пучки положительных порядков дифракции (О и П на фиг. 2). Регистрирующий узел зафиксирует, таким образом, одновременно три интерференционные картины - картину полос бесконечной ширины в центре, по обеим сторонам от нее - две картины полос конечной ширины, одинакового периода и ориентации, но с противоположным направлением роста номера полос. ПоэтоIMy, где в цравой картине сгущение полос, в левой картине - разрежение. Это позволит получить более .детальную информацию об исследуемой фазовой неоднородности. В случае, если решетки дают достаточно интенсивные порядки выше первого, можно получить одновременно пять или семь интерференционных картин с прогрессирующей частотой полос.

Условие неперекрывания интерферен.ционных картин несложно вывести из геометрических соображений. Оно имеет вид

2П m

(3)

Ь 190187

где m -г расстояние от исследуемой фазовой неоднородности до объектива 6; k - диаметр светового пучка в

интерферометре.

Для случая m 30 см, k 3 см, б. имеем ,012 см, т.е. при рассмотренном периоде решеток b 0,01 см перекрывания интерференционных картин не будет.

Если же условие (3) не выполняется , то вводя в фокальную плоскость объектива 6. зеркала или оптические клинья легко отделить различные интерференционные картины и направить их на раздельные регистрируюпще узлы или на различные участки одного и того же узла. Поэтому вьшолнённе условия (3) является желательным для простоты конструкции устройства и удобства работы, но не существенным для достижения цели изобретения.

Таким образом, введение в предметную и опорную ветви интерферомет ра дифракционных решеток, штрихи которых расположены под углом один к другому в проекции на плоскость интерференционной картины позволяет

одновременно регистрировать картины полос бесконечной ширины и картины плос конечной ширины, что в свою очередь увеличивает количество получаемой за одну экспозицию информации.