Способ определения параметров поля в пучке электромагнитного излучения Советский патент 1991 года по МПК G01J9/02 

1 . 13639382

Изобретение относится к области множенные изображения не перекрываются, а расположение источников таково.

интерферометрических измерений И может использоваться для измерения параметров волновых фронтов электромагнитного излучения.

Целью изобретения является расши- рение функциональных возможностей за счет одновременного определения фазы и амплитуды поля.IQ

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Вьщеляют из исследуемого пучка N когерентных пучков, .например, с помощЬю непрозрачного экрана с отверстиями. Каждый из if ручков служит источником освещения периодического амплитудного транспа- ранта,,. От каждого из источников в пространстве за транспарантом (в зоне дифракции Френеля) образуются интерференционные картины, представляющие собой в фиксированных плоскостях саморепродуцированные размноженные изображения транспаранта.

В рамках теории линейньгх систем, опираюп1,ейся на параболическое приближение волновых фронтов в дифракционном интеграле Рзлея-Зоммерфельда, . амплитуда элементарного размноженного изображения с Номерами п,, п зо вдоль направлений базисных векторов периодического транспаранта от источника с номером-k ,2,...,N, можно записать в виде

(X,,s(X,,X,j)®g(X, .Xj)® 35

что изображения от каждого из них смещены одно относительно другого на целое число периодов размноженного изображения, но не кратное 2N-1, вдоль Направлений базисных векторов.транс- парайта (обозначим эти числа как 1,(k) и lj(k). Этим достигается когерентное сложение элементарных изображений от каждого источника. Интенсивность изображения элементарной ячей- ки с номерами п, и п в этом случае равна,

1п,пг t jC, J t i . (n,,nj)eQ.(2)

20

где ot - постоянная, характеризующая отклик системы; Q - множество 2N-1 пар целых чисел, определяемое распо- 25 ложением источников. Линейная неза висимость коэффициентов в уравнениях (2)-может быть обеспечена вследствие .свойств симметрии коэффициентов С, Вследствие соотношений

птпг

п:

п.п.

С

пгп,

(3)

.(4)

®11(Х,,Х4)Зс„.„

(1)

Матрица коэффициентов С разбивается на четьфе центросимметричныё или четыре центросимметричныё и две

где А комплексная амплитуда источника;.40 зеркально симметричные группы коэф- g(X,,Xj)-функция амплитудного пропус- фицкентов. Учитывая эти свойства.

кания элементарной ячейки транспаранта;

SCXf.Xj) - функция источника, харйктеризунндая его и раз- . меры;

h(X,,X) - импульсный отклик транспаранта учитывающий его размеры и влияние свободного пространства как фильтра низких частот;

- комплексная амплитуда элементарного изображения в условиях бесконечной апертуры

п,пг

нетрудно выбрать систему источников таким образом, что линейная независимость коэффициентов, уравнений (2)

45 будет обеспечена, а вместе с этим разрешимость системы уравнений (2) относительно N неизвестных аМплитуд и N-1 неизвестных разностей фаз N пучков, выделенных из исследуемого

50 пучка.

На чертеже показано устройство, реализукщее предлагаемый способ.

Устройство содержит непрозрачный экран 1 с двумя отверстиями, периодитранспаранта и точечных ис-55 еский транспарант 2, представляющий точников освещения с единйч-собой полосовую амплитудную решетку, ной амплитудой.диафрагму 3 с тремя щелями, стекло- Размеры источников и элементарныхволоконный блок 4 разводки оптичес- ячеек транспаранта таковы, что раз-кого сигнала, фотоприемные устройстчто изображения от каждого из них смещены одно относительно другого на целое число периодов размноженного изображения, но не кратное 2N-1, вдоль Направлений базисных векторов.транс- парайта (обозначим эти числа как 1,(k) и lj(k). Этим достигается когерентное сложение элементарных изображений от каждого источника. Интенсивность изображения элементарной ячей- ки с номерами п, и п в этом случае равна,

1п,пг t jC, J t i . (n,,nj)eQ.(2)

if

зо

где ot - постоянная, характеризующая отклик системы; Q - множество 2N-1 пар целых чисел, определяемое распо- 25 ложением источников. Линейная неза висимость коэффициентов в уравнениях (2)-может быть обеспечена вследствие .свойств симметрии коэффициентов С Вследствие соотношений

птпг

п:

(3)

п.п.

С

пгп,

.(4)

Матрица коэффициентов С разбивается на четьфе центросимметричныё или четыре центросимметричныё и две

зеркально симметричные группы коэф- фицкентов. Учитывая эти свойства.

40 зеркально симметричные группы коэф- фицкентов. Учитывая эти свойства.

нетрудно выбрать систему источников таким образом, что линейная независимость коэффициентов, уравнений (2)

45 будет обеспечена, а вместе с этим разрешимость системы уравнений (2) относительно N неизвестных аМплитуд и N-1 неизвестных разностей фаз N пучков, выделенных из исследуемого

50 пучка.

На чертеже показано устройство, реализукщее предлагаемый способ.

Устройство содержит непрозрачный экран 1 с двумя отверстиями, периоди3rU

йа 5, блок 6 операционных усилителей и вычислительной электроники, индикаторное устройство 7, юстировочное откидывающее полупрозрачное зерка- по 8, микроскоп 9 и устройство пьд- вижки 10.

Устройство работает следующим образом. Экран 1 освещают эталонной электромагнитной волной с известными параметрами, транспарант 2 и диафрагму 3 устанавливают в положения, обеспечивающие трехкратное размножение изображения транспаранта. Расстояния

ZP и Z соответственно от экрана 1 и диафрагмы 3 до транспаранта 2 подбирают так, чтобы

7р

(5)

где р - период транспаранта;

X - длина волны освещения. Точная установка диафрагмы осуществляется с помощью юстировочной подвижки 10 при наблюдении в микроскоп 9 размноженного изображения транспаранта, отраженного полупрозрачным зеркалом 8 в поле зрения микроскопа. По измерениям амплитуды и фазы эталонного сиг нала определяют отклик системы tc . Исследуемый пучок, пройдя экран 1, транспарант. 2 и диафрагму 3, по блоку разводки 4 попадает на вход фотоприемных устройств, измеряющих интенсивность поля в пределах щелевых диафрагм, наведенных на соответствующие размноженные изображения полос транспаранта соответственно It, 1 и Ig. В блоке b осуществляется решение системы уравнений (2), сводящейея для данного варианта реализации способа

.к системе

T..a,cos(Cf - )j .2a,a.jcos((f + )

, где а,, а2 - амплитуды поля;

Ср - разность фаз поля в отверстиях экрана 1. Реше)1ие системы имеет вид

(f arctg 3

-„lillj1с 7-)

да21,-1,-1,)

,, (I,-Kl2-I)i

«,1

( T.-IZ)

(8)

Величины а,, а и Ц рассчитываются . в блоке 6 и поступают на индикаторное устройство 7. Формула изобретен и я Способ определения параметров поля в пучке электромагнитного излучения, включающий освещение периодического амплитудного транспаранта исследуемым пучком и регистрацию саморепродуцированного изображения транспаранта, по измеренным параметрам которого судят о параметрах поля, о т- личающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного определения фазы и амплитуды поля, предварительно исследуемый пучок делят на N когерентных.пучков, регистрируют размноженные с коэффициентом 2N-1 изображения транспаранта и измеряют интенсивнос ги 2N-1 соответствующих

элементарных .изобра йений периодически повторяющихся ячеек транспаранта.

Изобретение относится к области интерферометрических измерений и может быть использовано для измерения параметров волновых фронтов электромагнитного излучения. Цель изобретения - расширение -функциональных возможностей за счет одновременного определения фазы и амплитуды поля. При осуществлении способа определения параметров поля в пучке электромагнитного иэлучения выделяют из исследуемого пучка N когерентных.пучков, например, с помощью непрозрачного экрана с отверстиями. Каждым из пучков освещают периодический амплитудный транспарант. В пространстве за транспарантом образуются интерференционные картины, представляющие собой в фиксированных плоскостях саморепродуцированные размноженные с коэффициентом 2N-1 изображения транспаранта. Размеры и расположение элементарных ячеек транспаранта таково, что размноженные изображения не перекрываются, а элементарные иэображе-. ния от каждого из пучков когерентно складываются. Параметры поля в пучке электромагнитного излучения определяют по результатам измерения интенсивности 2N-1 элементарных изображений периодически повторяющихся ячеек транспаранта. 1 ил. а 1 (П с 00 о: со СлЭ 00 .„л.