Классический интерферометр

Cтраница 1

Классические интерферометры являются по существу устройствами, работающими в реальном времени, поскольку различные оптические элементы, входящие в их состав, зафиксированы, а запись в эксперименте производится лишь на выходе. [1]

В других классических интерферометрах светоделители и поляризующие элементы используются для сдвига волнового фронта в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Интерферометры сдвига сравнивают различные участки одного и того же волнового фронта и потому чувствительны к изменениям фазы поперек волнового фронта, а не к абсолютному значению фазы в данной точке. В любом случае, независимо от того, осуществляется ли сдвиг до или после экспонирования голограммы, полученная информация оказывается идентичной той, которую дает неголографиче-ский интерферометр. [2]

Угловая дисперсия классических интерферометров Майкель-сона и Фабри - Перо dy / dK ctg срД определяется зависимостью оптической разности хода интерферирующих пучков от угла падения ср. При помощи афокальных систем можно устранить зависимость разности хода от ср, так что интерферометр превращается в фильтр длин волн без - угловой дисперсии [51], пропускающий одну и ту же длину волны при различных углах. При этом его светосила значительно возрастает, поскольку теперь для регистрации этой длины волны можно без потери спектрального разрешения взять приемник с большой угловой апертурой. Пропускаемая длина волны полностью определяется оптическим расстоянием между зеркалами интерферометра; необходимую временную дисперсию легко осуществить, изменяя это расстояние. [3]

Там, где можно использовать классические интерферометры, голо-графические интерферометры могут решать те же задачи при апертурах гораздо больших, чем те, которые может обеспечить доступная по цене высококачественная оптика. В случае случайных и диффузных волновых фронтов голографические интерферометры могут работать при таких условиях, когда другие методы вообще не способны дать полезную информацию. Голография добавляет четвертое измерение ( время) ко всей интерферометрии с методами одной и многократных экспозиций, которые доступны гологра-фисту. Наконец, многогранность и относительная простота голо-графического метода дает в руки любому, кому доступен лазер, очень мощный и тонкий инструмент измерения любых изменений, которые в эксперименте могут быть преобразованы в разности длин оптических путей. [4]

Интерференционный узел интерферометра Жамена. [5]

Прототипом интерферометров Цендера-Маха и Рождественского является классический интерферометр Жамена. [6]

В этих устройствах опорный пучок играет роль просто одного из плеч классического интерферометра. Поскольку процессы записи и сравнения волновых фронтов осуществляются голографически, очень многое зависит от схемы построения оптических элементов. Использование одного или многих прохождений света обычно определяется самим экспериментом. В случае среды с большим преломлением или с сильной турбулентностью, в которой луч света заметно отклоняется от прямой линии, предпочтительно использовать устройство с одним прохождением. В этом же случае проще осуществить интерпретацию интерференционных полос, чем когда луч дважды проходит через среду; кроме того, если луч не должен точно повторять свой путь, можно в качестве объектного пучка использовать пучок с неплоским волновым фронтом. [7]

Голографический интерферометр, работающий в реальном времени, по требованиям к стабильности установки аналогичен классическому интерферометру. [8]

Однако в случае недиффузных объектных пучков, таких, например, какие применяются в голографических вариантах классических интерферометров, голограммы можно восстанавливать в белом свете. В таких голограммах разности углов лучей малы и информация содержится в виде, соответствующем сравнительно небольшой полосе частот около несущей пространственной частоты голограммы. [9]

Когда голограмма экспонируется, а затем обрабатывается на месте или перемещается сразу после обработки, она действует как комбинация светоделителя и формирователя волнового фронта; при этом, поскольку непосредственно сравниваются два волновых фронта в реальном времени, такая схема почти полностью аналогична классическому интерферометру. Единственное, чем отличается голографическая интерферометрия от классической - это тем, что она использует время как четвертое измерение. 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 тот 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. При этом восстановленное с голограммы изображение, вообще говоря, является функцией временной когерентности света и может быть использовано как мера этой когерентности. [10]

Любой классический интерферометр, который был разработан для измерения изменений длины оптического пути как на пропускание, так и на отражение от высококачественных оптических элементов, имеет соответствующий голографический аналог. Классические интерферометры характеризуются не столько устройством оптических элементов, сколько тем ( так как это устройство может сильно меняться в зависимости от конкретного применения), являются ли интерферометр и чески сравниваемые волновые фронты почти плоскими или сферическими с относительно небольшими фазовыми отклонениями от идеального волнового фронта. Вследствие этого оптические элементы, используемые в составе классического интерферометра, должны изготавливаться с высокой степенью точности, чтобы не вносить паразитных полос в результирующую интерференционную картину. Наоборот, голография, позволяет восстанавливать волновые фронты с произвольным изменением фазы поперек волнового фронта, что открывает возможности применения в интерферометрии элементов с более низким оптическим качеством. Голографическая интерферометрическая система может быть выполнена на рассеивающих элементах, которые вообще нельзя использовать в классических методах. Поскольку в классических интерферометрах производится сравнение волновых фронтов, а не их запись, то такие приборы работают в реальном времени, что требует от оптических элементов интерферометра высокой стабильности и до некоторой степени столь же высокой стабильности изучаемого явления. С другой стороны, в голографическом интерферометре сравниваемые волновые фронты запоминаются, так что экспериментатору доступно еще одно измерение, а именно во времени. Наличие временной переменной является весьма существенной частью голографическои интерферометрии, что привело к многочисленным новым ее применениям, играющим важную роль особенно в области изучения вибраций. [11]

Рассмотрим некоторые оптические схемы голографических интерферометров. Практически голографические интерферометры могут быть построены на базе оптических схем классических интерферометров. [12]

Во-первых, они удобнее в юстировке и менее чувствительны к вибрациям, чем классические интерферометры. Во-вторых, они проще конструктивно и дешевле, ибо не имеют изолированной ветви сравнения. В-третьих, они особенно ценны при исследовании очень больших объектов, когда изолированную ветвь практически нельзя осуществить. К недостаткам же следует отнести усложненную обработку интерферограмм и, как следствие, увеличенную погрешность определения волновой поверхности. [13]

Недавно был описан шаговый интерферометр высокого разрешения с быстрым сканированием [19], снабженный такими ретрорефлек-торами. В этом приборе изменение оптической разности хода в четыре раза превосходит соответствующую величину перемещения зеркала ( в классическом интерферометре Майкельсона только в два раза); использование кошачьего глаза делает его менее чувствительным к наклону оптической оси подвижного зеркала. [14]

В голографических интерферометрах в отличие от классических интерференционные полосы формируются, даже если волновые фронты объектных пучков испытывают очень сложные пространственные изменения фазы. Поэтому голографическая интерферометрия позволяет изучать ( с интерферометрической точностью) диф-фузно отражающие или пропускающие объекты, которые просто невозможно приспособить к классическим интерферометрам. Такая гибкость представляет собой лишь одно из уникальных преимуществ голографического подхода в интерферометрии. [15]

Страницы: 1 2