Способ определения разности фаз

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения полной разности фаз в интерферометрах при определении оптическими методами рельефа поверхностей, деформаций, вибраций. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения расстояния путем устранения фазовой неоднозначности. Для этого получают дополнительные интерферограммы на другой волне излучения, выбранной таким образом, что значения длин волн не имеют целых общих делителей . Полная разность фаз находится . по разностям фаз, определенным в пределах одного периода, полученным при разных длинах волн. Разности фаз,определенные в пределах одного периода, определяют по серии интерференционных картин, полученных при изменении фазы одной из интерферирующих волн на контролируемую величину. Источник 1 когерентного света с перестраиваемой длиной волны используется в интерферометре 2 для измерения двух пар интерферограмм, интенсивность света в которых определяется блоком 4 определения яркости световой волны . Интерферограммы снимаются при двух значениях фазы, которая задается блоком 3 внесения контролируемого фазового сдвига. 2 ил. о € (Л со СП ю фиг. 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Од

С

«3

«1 Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4087285/24-28 (22) 15.07.86 (46) 07.12.87. Бюл. Р 45 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.И.Гужов и Ю.Н.Солодкин (53) 531.7 (088.8) (56) Schmidt-Weinmar Н.G. Spatial

distribution of magnitude and phase

of optical-wavefields. — 3. Opt.

Sos. Am. 1973, v. 63, Р 5, р.547555. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения полной разности фаз в интерферометрах при определении оптическими методами рельефа поверхностей, деформаций, вибраций.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения расстояния путем устранения фазовой неоднозначности. Для этого по„„SU„„1357712 A1 лучают дополнительные интерферограммы на другой волне излучения, выбранной таким образом, что значения длин волн не имеют целых общих делителей. Полная разность фаз находится, по разностям фаз, определенным в пределах одного периода, полученным при разных длинах волн ° Разности фаз,оп" ределенные в пределах одного периода, определяют по серии интерференционных картин, полученных при изменении фазы одной из интерферирующих волн на контролируемую величину. Источник

1 когерентного света с перестраиваемой длиной волны используется в интерферометре 2 для измерения двух пар интерферограмм, интенсивность света в которых определяется блоком

4 определения яркости световой волны. Интерферограммы снимаются при двух значениях фазы, которая задается блоком 3 внесения контролируемого фазового сдвига. 2 ил.

1357712

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения полной разности фаэ в интерферометрах при определении оптическими методами рельефа поверхностей, деформаций, вибраций.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения расстояния путем устранения фазовой неоднозначности. Для этого получают дополнительные интерферограммы на другой волне излучения, выбранной таким образом, что значения длин волн не имеют целых общих делителей.

15

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — графики зависимости фаз световых волн от пространственной 20 координаты, поясняющие суть способа.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 когерентного света с перестраиваемой длиной волны, выход которого соединен с одним входом интерферометра 2. Блок 3 внесения контролируемого фазового сдвига соединен с другим входом интерферометра 2, а выход последнего соединен с входом блока 4 определения яркости световой ЗО волны.

Конкретное выполнение устройства, реализующего способ, может быть следующим.

B качестве источника когерентного света с перестраиваемой длиной волны может быть использован ионный лазер или лазер на красителях.

Интерферометр может быть как оптическим, так и голографическим и 4р собранным по любой схеме.

Блок внесения контролируемого фазового сдвига может быть выполнен, например, на основе зеркала, смещение которого задается деформацией пьезокерамики.

Блок определения яркости световой волны может быть реализован, например, на основе фотоэлектронных умножителей, световодов или других фо- 50 тоэлектронных преобразователей.

Рассмотрим целые числа в связи с остатком от деления их на данное целое положительное L которое назовем модулем. 55

Каждому целому числу соответствует определенный остаток от деления его на 1., Если двум целым а и b отвечает один и тот же остаток r то они называются равноостаточными по модулю L или сравнимыми по модулю L, сравнимость чисел а и Ь по модулю L записывается а г b(mod L). Числа, сравнимые по модулю L, образуют класс чисел по модулю L.

Взяв от каждого класса по одному вычету, получаем полную систему расчетов по модулю L чаще всего в качестве полной системы вычетов употребляют наименьшие неотрицательные вычеты О, 1,..., L-1 или абсолютно наименьшие вычеты, в случае нечетноL-1

ro Lt — у ...у 1р 09 19 ...9

L-1 — в случае четного каким-либо

2 иэ двух рядов

L L

2 1 3101

L L

° ° °,-1 0 1 ° ° ° 2 1 °

Рассмотрим систему сравнений с одним неизвестным, но с разными и притом попарно простыми модулями х: — Ь, (mod L,); (2) х = b (mod L ).

Решить систему (2), т.е. найти все значения х, ей удовлетворяющие, можно, применяя следующее условие: пусть числа М и М определены

L„L . ° ° °, L„=11 L, М М 1 (mod L ) и пусть

+М М Ь + +М

Тогда совокупность значений х, удовлетворяющая системе (2), определяется сравнением х :- х (mod 1.„, Lz,...,L „). Единственность решения системы следует из следующей теоремы: если Ъ„, Ь,..., b независимо Друг от друга пробегают полные системы вычеTo no Mop nnM L„, 1.,; ° ., 1.„, то х пробегает полную систему вычетов по модулю L Ig ... Ьg °

Пример, Рассмотрим систему:

x b,(mod 4), х b>(mod 5).

Решение этой системы записывается в виде х = 5 bÄ + 16 b (mod 20) (3) 1357712

Данные сочетания (Ь,, Ъ ) не повторяются, пока х пробегает полную систему вычетов по модулю 20.

Определить разность фаз в пределах одного периода ее изменения 5 это значит определить остаток от деления полной разности фаз на длину волны. Пусть

10 х=п Л +г

1 1 где r — фаза, определенная .с точностью до 2 П;

П вЂ” ЧИСЛО ПОЛНЫХ ДЛИН ВОЛНУ х — полная фаза.

Если существует возможность определить r, с достаточно большой точностью, можно поставить в соответствие вещественным значениям длины волн и фазы, определенной с точностью до 2 П, целые числа с определенным количеством значащих знаков и перейти к рассмотренной системе сравнений (2). Чем больше количество значащих цифр, тем больше динамический диапазон, в котором по сочетаниям Ь, и

Ь, взятым при разных длинах волн, можно определить полную разность фаз.

В рассмотренном примере L„ = 4, L z = 5 динамический диапазон для З0

L1-k = 5 длин волн (— 4), для Lz-k=4

20 длины волны (— ) . Если возьмем два

5 знака, L = 41, L = 53, k„503,, kz =40Л, .

На графиках (фиг. 2) фаза имеет период повторения 4, а фаза у — 5.

Из графиков видно, как это и следует из теории, что каждой паре чисел (p, 40

< ) соответствует единственное значение полной фазы, период повторения которой равен 20, что и составляет в данном случае предел определения полной фазы. Например, паре чисел =3, 45

4 =4 соответствует ср= 19, а паре чисел = 1, = 3 соответствует полная фаза = 13.

Способ осуществляется следующим образом.

При одной длине световой волны от источника 1 когерентного излучения в интерферометре 2 получают серию интерферограмм для разных значений фазового сдвига, задаваемого блоком 3 внесения контролируемого фазового сдвига. Значения яркости в исследуемых точках На разных интерферограммах определяются с помощью блока 4 определения яркости световой волны и по этим значениям, в соответствии с формулой (1), вычисляется разность фаз в пределах одного периода ее изменения. Затем изменяют длину световой волны от источника 1 аналогичным образом определяют разность фаз в пределах периода ее изменения. Теперь по двум значениям разности фаз, как это было показано на примере (фиг. 2), определяют полную разность фаз световых волн, Формула изобретения

Способ определения разности фаз, световых волн в интерферометрах,заключающийся В том, что получают интерференционную картину, изменяют фазу одной из интерферирующих волн на контролируемую величину, определяют изменение яркости в исследуемой точке и по известным соотношениям определяют разность фаз в пределах одного периода ее изменения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения расстояния путем устранения фазовой неоднозначности, получают доголнительно по крайней мере одну интерференционную картину при длине волны, отличной от первоначальной, при этом значения длин волн, при которых получают интерференционные картины, не имеют целых общих делителей, и разность фаз в пределах одного периода ее изменения определяют для каждой длины волны, затем по известной зависимости между числами, соответствующими полной разности фаз и разностям фаз, определенным в пределах одного периода, определяют полную разность фаэ световых волн.

1357712

Составитель В.Чулков

Редактор Г.Волкова Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Заказ 5986/37 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4