СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Советский патент 1995 года по МПК G03H1/04 

Изобретение относится к области оптической голографии и интерферометрии.

Цель изобретения повышение точности стабилизации голографических установок.

На фиг. 1 изображена оптико-электронная схема стабилизированной голографической установки; на фиг.2 график соотношения между индексами модуляции.

Оптико-электронная голографическая установка состоит из лазера 1, с длиной волны λ, полупрозрачного разделительного зеркала 2, отклоняющих зеркал 3 и 4, одно из которых 4 связано с пьезокерамическим преобразователем (ПКП) 5, фотопластинки 6, предназначенной для регистрации голограммы, вспомогательной решетки 7, установленной вместе с фотопластинкой в интерференционное поле, собирающей линзы 8, фотоприемника 9, селективного усилителя 10, настроенного на частоту 2ω, фазометра 11, генераторов модулирующих напряжений с частотами ω12 и 2 ω13, высоковольтного усилителя 14.

Установка работает следующим образом.

При одновременном воздействии на ПКП синусоидального напряжения частоты ω с амплитудой a_ω и частоты 2ω с амплитудой a_rω. Сигнал на выходе фотоприемника можно представить в следующем виде:
U1+cos2 + a_ωsinωt + × a_2ωsin2ωt (1) где Δх величина смещения интерференционных полос, которую необходимо скорректировать;
d период интерференционного поля.

Раскладывая (1) в ряд Фурье и выделяя с помощью селективного усилителя только члены, содержащие частоту 2ω, имеем следующее выражение для измерительного сигнала:
U2IaIacos2ωt+2IaIacos2ωtcos2
2aIasin2ωt·sin2 (2) где I₀, I₁, I₂ функции Бесселя 0-го, 1-го, 2-го порядков.

При выполнении следующего условия: I_o(2/λa_2ω)I₂(2/λa_ω)+I₂(2/λa_2ω)x
xI₂(2/λa_ω)= I₁(2/λa_2ω)˙I_o(2/λa_ω)= A выражение (2) приобретает следующий вид:
U Acos2ωt+ 2
Таким образом, измерительный сигнал имеет постоянную амплитуду, а его фаза линейно связана с измеряемым смещением.

Для выделения фазового слагаемого используется фазометр, сравнивающий измерительный сигнал U_2ω с модулирующим сигналом на частоте 2ω. Корректирующий сигнал с фазометра, пропорциональный Δх, усиливается и подается с обратным знаком на ПКП, замыкая цепь обратной связи и компенсируя измеренное смещение интерференционных полос Δх.

Из выражения (3) можно определить требуемые соотношения между значениями амплитуд модуляции a_ω и a_2ω, при которых справедливо выражение (4) для измерительного сигнала. Рассчитанное на ЭВМ решение уравнения (3) дает следующую зависимость (см. фиг.2), иллюстрирующую принципиальную возможность работы с малыми амплитудами модуляцийa_ω, a_2ω< 0,1, позволяющими вести запись голограмм практически без уменьшения контраста записываемой интерференционной картины.

Для воспроизводства заявляемого способа использовался интерферометр для фазового синтеза голографических дифракционных решеток, в котором интерференция двух плоских волновых фронтов образовывала интерференционное поле с периодом d ≃ 1мкм. Фотопластинка, на которую записывалась голографическая решетка, и вспомогательная решетка жестко скреплялись между собой и вносились в интерференционное поле.

Зеркало в одном из плеч интерферометра крепилось на пьезокерамическом преобразователе ЦТС-23, на который подавались два синусоидальных сигнала с частотами f 70 Гц и 2f 140 Гц и амплитудами колебаний
a 0,1(0,03мкм), a_2ω≃ 0,02 (0,006 мкм) согласно фиг.2 (амплитуды электрических сигналов при этом равнялись 40 В и 8 В соответственно). Сигнал с фотоприемника поступал на селективный усилитель У2-8, настроенный на частоту 2f 140 Гц, а затем на фазометр Ф2-1. Аналоговый сигнал с фазометра поступал на вход высоковольтного усилителя, после которого с обратным знаком подавался на ПКП. Экспериментально измеренная погрешность фазовых измерений составляла ≈3^о. Точность стабилизации положения инетрференционных полос отклонение показаний фазометра от среднего при включенной цепи обратной связи и наличии внешних возмущений была не хуже ≈4^о. Падение контраста интерференционных полос при включенной фазовой модуляции было не более 3% Временная задержка цепи стабилизации, непосредственно связанная только с частотой модуляции, составляла ≈2mS, что позволило стабилизировать установку при частотах вибраций до 50 Гц, соответствующих характерным частотам промышленных вибраций. Временная задержка цепи стабилизации известного способа, выбранного в качестве прототипа, составляла 200mS для синхродетектора и 2 с для фоторефрактивного кристалла, что приводило к появлению характерной ошибки стабилизации ≈10^о, соответствующей синхродетектированию и прогрессивной ошибки 30-40^о в 1 мин, определяемой фоторефрактивным кристаллом.

Изобретение относится к области оптической голографии и может быть использовано при записи и синтезе голограммных оптических элементов таких, как голографические дифракционные решетки, голографические линзы и т.д. Цель изобретения повышение точности стабилизации голографических установок. Цель достигается тем, что формируют муаровые полосы большого периода с помощью вспомагательного дифракционного элемента, установленного в стабилизируемое поле интерференционных полос, на управляющий элемент подают модулирующее синусоидальное напряжение ω заставляющее интерференционные и муаровые полосы перемещаться в пространстве по гармоническому закону с амплитудой, меньшей их периода, фотоприемником преобразуют распределение интенсивности муаровых полос в сложной гармонический сигнал, из которого выделяют корректирующий сигнал, пропорциональный смещению интерференционных полос, корректирующий сигнал усиливают и подают с обратным знаком на управляющий элемент, при этом в качестве вспомогательного дифракционного элемента используют дифракционную решетку, согласованную по периоду с периодом интерференционного поля, на управляющий элемент дополнительно подают модулирующее синусоидальное напряжение 2ω амплитуду модулирующих перемещений интерференционных полос выбирают из определенных условий. 2 ил.

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ УСТАНОВОК, заключающийся в том, что формируют муаровые полосы большого периода с помощью вспомогательной дифракционной решетки, установленной в стабилизируемое поле интерференционных полос, модулируют муаровые полосы с помощью управляющего элемента синусоидальным напряжением частоты ω , заставляющим интерференционные и муаровые полосы перемещаться в пространстве по гармоническому закону с амплитудой, меньшей их периода, преобразуют распределение интенсивности муаровых полос в сложный гармонический сигнал с помощью фотоприемника, из которого выделяют корректирующий сигнал, пропорциональный смещению интерференционных полос, корректирующий сигнал усиливают и подают с обратным знаком на управляющий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации, вспомогательную дифракционную решетку согласовывают по периоду с периодом интерференционного поля, на управляющий элемент дополнительно подают модулирующее синусоидальное напряжение частоты 2ω , амплитуду модулирующих перемещений интерференционных полос выбирают из условий


где α_ω, α_2ω амплитуды моделирующих перемещений;
l длина волны;
I₀, I₁, I₂ функции Бесселя 0-го, 1-го, 2-го порядка,
соответственно из сложного гармонического сигнала выделяют составляющую с частотой 2ω служащую измерительным сигналом, а корректирующий сигнал формируют пропорциональным фазовому сдвигу между модулирующим сигналом с частотой 2ω и измерительным сигналом.