Интерферометр атмосферной когерентности

 

Использование: изобретение относится к технике измерений оптическими методами и может быть использовано в области астрофизики, гидрофизики и оптики атмосферы. Сущность изобретения: интерферометр содержит расположенные последовательно вдоль оптической оси объектив, два зеркала Ллойда и регистрирующее устройство, причем зеркала расположены параллельно друг другу и оптической оси, проходящей посередине между зеркалами, и находятся на расстоянии, равном или большем половины длины зеркала от фокуса объектива. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения оптическими методами корреляционных функций когерентности турбулентных сред, находящихся между источником света и интерферометром. Предлагаемый двухзеркальный интерферометр когерентности может найти применение в астрофизике, гидрофизике и оптике атмосферы.

Известен интерферометр, называемый зеркалом Ллойда [1] содержащий точечный источник света, плоское зеркало, плоскость наблюдения. Такое устройство предназначено для наблюдения интерференции света.

Недостаткми такого устройства являются недостаточная яркость интерференционной картины и осуществление измерения лишь одной функции когерентности.

Известен интерферометр с одним зеркалом Ллойда, предназначенный для измерения атмосферной функции когерентности [2, 3] и содержащий точечный источник света (действительный фокус объектива), оптическую систему из двух собирающих линз, которая создает вторичный фокус вблизи переднего края зеркала Ллойда и вносит ахроматизм полос, одно плоское зеркало, плоскость наблюдения в области заднего края зеркала, в которой располагается либо фотопленка для фоторегистрации полос, либо зеркало подсмотра для визуального наблюдения полос. Интерференционные полосы параллельны краю зеркала. Принцип измерения атмосферной функции когерентности атмосферы при наблюдении звезды основан на том, что контраст полос выходной плоскости из-за возрастания разности хода падает при удалении точки наблюдения от края зеркала. Степень когерентности измеряется по видности полос. Этот интерферометр имеет недостатки: недостаточную яркость интерференционной картины, обусловленная тем, что только небольшая часть падающего света, отраженного от зеркала, используется для создания интерференционной картины; измеряется лишь одна функция когерентности, учитывающая разность хода в части сечения светового пучка, падающего на объектив.

В качестве прототипа выбран интерферометр Фабри-Перо, включающий источник излучения, установленные по ходу излучения объектив, фильтр, два плоских зеркала, установленные параллельно друг другу, регистрирующее устройство.

Недостатком устройства является недостаточная яркость интерференционной картины, обусловленная конструктивными признаками технического решения.

Заявляемое техническое решение содержит установленные по ходу излучения объектив, фильтр, два плоских зеркала, параллельных друг другу, регистрирующее устройство. Отличием является установка зеркал параллельно оптической оси объектива, проходящей посредине между зеркалами, входная плоскость зеркал при этом расположена на расстоянии, равном или большем половины длины зеркала от фокуса объектива.

На чертеже показана оптическая схема интерферометра. Интерферометр состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси объектива 1, собирающего лучи в фокусе 2, интерференционного фильтра 3, используемого в случае естественных источников света звезд, двух плоских зеркал 4 и 5, параллельных между собой и оптической оси Z. Оптическая ось Z параллельна зеркалам и проходит по середине между ними. Входные и выходные плоскости зеркал 4 и 5 совпадают. Входная плоскость зеркал расположена на расстоянии, равном или большем половины длины зеркала от фокуса 2 объектива 1. Смещение оптической оси из середины приводит к повторным отражениям от зеркал, что изменяет и усложняет интерференционную картину. Выходная плоскость зеркал интерферометра 6 примыкает к задним краям зеркал и перпендикулярна оси Z. При удалении выходной плоскости от зеркал вид интерференционной картины изменяется, поскольку световые пучки расходятся, потеря информативности. Ось Y лежит в выходной плоскости 6. В выходной плоскости 6 устанавливается фотопленка для фотографирования полос, 7 и 8 падающая и приемная кассеты для фотопленки. За выходной плоскостью 6 можно расположить диоптрийную трубку (подсмотр) или микроскоп 9 для визуального наблюдения интерференционной картины в плоскости 6.

Длина зеркал по оси Z равна 2l. Зеркала от действительного фокуса объектива 2 могут находится на расстояниях, больших или равных l. При расстояниях меньше l, будут наблюдаться переотражения лучей между зеркалами, что усложни вид интерференционной картины. Расстояние от действительного фокуса 2 до зеркал, равное l, является оптимальным, т.к. выходная плоскость 6 полностью заполняется интерференционным полем. Оба зеркала находятся на юстировочном столике, допускающем микрометрическое перемещение зеркал при юстировке в направлении, перпендикулярном оптической оси Z. Интерференционный фильтр 3 ставится для получения квазимонохроматического света при использовании света от тепловых источников звезд.

Интерферометр работает следующим образом.

Свет в виде параллельного пучка падает на объектив 1 и собирается им в действительном фокусе 2. После фокуса лучи расходятся Зеркала 4 и 5 формируют два мнимых фокуса в точках S₁ и S₂. По участию в образовании фокусов в точках S₁ и S₃ свет, падающий на объектив, можно разделить на зоны А и С. Свет зоны С образует мнимый фокус в точке S₁, свет зоны А образует мнимый фокус в точке S₃. Часть света действительного фокуса объектива, которая исходит из зоны В, образует точечный источник S₂. Свет этого источника создает расходящийся пучок, падающий на выходную плоскость 6. Интерференционная картина в выходной плоскости 6 формируется световыми полями, создаваемыми точечными источниками S₁, S₂, S₃ и регистрируется. По зарегистрированной интерференционной картине можно определить две функции когерентности.

Заявляемое решение обеспечивает достижение выигрыша в интенсивности в 2 2,5 раза. Интерферометр может работать в разных режимах. Выбор режима зависит при прочих равных условиях от расстояния между зеркалами.

Формула изобретения

Интерферометр атмосферной когерентности, содержащий установленные по ходу излучения объектив, фильтр, два плоских зеркала, параллельных друг другу, регистрирующее устройство, отличающийся тем, что зеркала установлены параллельно оптической оси объектива, проходящей посередине между зеркалами, причем входная плоскость зеркал расположена на расстоянии, равном или больше половины длины зеркала от фокуса объектива.

РИСУНКИ

Рисунок 1