Способ получения интерферограмм в когерентном свете



Способ получения интерферограмм в когерентном свете

 


Владельцы патента RU 2548935:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") (RU)

Изобретение может быть использовано для диагностики неоднородностей в прозрачных средах, в том числе в физике горения, экспериментальной газовой динамике, прикладной аэродинамике, гидродинамике. В способе волновой фронт разделяют по амплитуде и фазе на объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции посредством дифракционного элемента. Возвращают в плоскость дифракционного элемента объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции. После дифракционного элемента возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе, возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе, а интерферограмму наблюдают при наложении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции и опорного волнового фронта первого порядка дифракции при обратном ходе указанных волновых фронтов. Технический результат - упрощение способа за счет получения интерферограммы быстропротекающих процессов в один момент измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для диагностики неоднородностей в прозрачных средах, а именно в физике горения при исследовании процессов смешения, воспламенения и горения топлив, в экспериментальной газовой динамике, прикладной аэродинамике при изучении обтекания тел, в гидродинамике для диагностики процессов диффузии в жидких средах, а также в других аналогичных областях.

Известен способ получения интерферограмм путем деления волнового фронта на объектный и опорный волновые фронты, возвращения волновых фронтов в обратном ходе, наложение этих волновых фронтов в плоскости регистрации интерферограммы (Оптический производственный контроль./Под ред. Д. Малакары. - М., Машиностроение, 1985 г., с.42 - 43).

Недостатками данного способа получения интерферограмм являются высокие требования к качеству оптических элементов, а также сложность юстировки и настройки системы, обусловленные в основном ограниченной временной когерентностью источника излучения.

Известен способ получения голографических интерферограмм фазового объекта, в котором интерферограммы получают двухэкспозиционным методом голографической интерферометрии при формировании объектных волновых фронтов путем дифракции и опорного волнового фронта (В.Т. Черных, И.Н. Зелинский. Способ получения многочастотного голограммного элемента и его использование в голографической интерферометрии трехмерных фазовых объектов. - Оптика и спектроскопия, т.46, в.4, 1979 г., с.795-799).

Наиболее близким техническим решением является способ получения голографических интерферограмм фазового объекта путем последовательной записи на регистрирующей среде опорного пучка и объектного пучка, прошедшего сквозь фазовый объект, при этом объектный пучок перед записью формируют посредством дифракционного элемента, при формировании объектного пучка посредством дифракционного элемента объектный пучок разлагают на дифрагированные пучки нулевой и высшие порядки дифракции, используют нулевой порядок дифракции, причем нулевой порядок дифракции пропускают сквозь фазовый объект как в прямом, так и в обратном ходе дифрагированных световых пучков на дифракционном элементе, при этом пучки N-х порядков дифракции, образованные в обратном ходе лучей через дифракционный элемент, возвращают одновременно в плоскость дифракционного элемента, а для регистрации объектного и опорного пучков регистрирующую среду устанавливают в одном из N сопряженных обратных пучках N-го порядка дифракции противоположного знака обратного хода лучей, при этом коэффициент чувствительности измерения определяют по формуле: Ч=(N+1)·2, где N - (0, +1; +2; +3, +4…) - порядок дифракции (Патент RU №2500005, МПК G09B 9/025, 27.11.2013).

Основным недостатком известных способов является то, что интерферограмму получают двухэкспозиционным методом, что усложняет оптический эксперимент при изучении быстропротекающих процессов.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа за счет получения интерферограммы быстропротекающих процессов в один момент измерений.

Технический результат достигается тем, что в способе получения интерферограмм в когерентном свете путем деления волнового фронта посредством дифракционного элемента на объектный и опорный волновые фронты, возвращения объектного и опорного волновых фронтов в обратном ходе, наложения указанных волновых фронтов в плоскости узла наблюдения интерферограммы, при этом волновой фронт разделяют по амплитуде и фазе на объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, в плоскость дифракционного элемента возвращают объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, согласно изобретению после дифракционного элемента возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе, возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе, а интерферограмму наблюдают при наложении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции и опорного волнового фронта первого порядка дифракции при обратном ходе указанных волновых фронтов.

Сущность изобретения поясняется Фиг.1, на которой представлена принципиальная схема оптической системы лазерного интерферометра, реализующего предлагаемый способ получения интерферограмм в когерентном свете.

Лазерный интерферометр, реализующий предлагаемый способ получения интерферограмм в когерентном свете, содержит источник 1 когерентного излучения (лазер), коллиматор 2, дифракционный элемент 3, проекционный объектив 4, установленный перед фазовым объектом 5, зеркало 6 объектного волнового фронта, зеркало 7 опорного волнового фронта и узел 8 наблюдения интерферограммы. Проекционный объектив 4 позволяет осуществить оптическое сопряжение плоскости исследуемого фазового объекта 5 с плоскостью узла 8 наблюдения.

Способ получения интерферограмм в когерентном свете осуществляют следующим образом.

Когерентное излучение от лазера 1 поступает в коллиматор 2, при этом на выходе коллиматора формируется пучок параллельных световых лучей.

Коллимированный пучок параллельных световых лучей падает на дифракционный элемент (решетку) 3 по нормали к его поверхности.

На выходе дифракционного элемента 3 образуются объектный волновой фронт W0 нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт W+1 первого порядка дифракции.

Далее объектный волновой фронт W 0 нулевого порядка дифракции проходит проекционный объектив 4, фазовый объект 5 и падает на зеркало 6 по нормали к ее поверхности.

Опорный волновой фронт W + 1 первого порядка дифракции, распространяясь под углом дифракции, поступает на зеркало 7 также по нормали к ее поверхности.

Затем отраженные от зеркал 6 и 7, соответственно отраженный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции (отраженный объектный пучок) и отраженный опорный волновой фронт первого порядка дифракции (отраженный опорный пучок) возвращают в обратном ходе в плоскость дифракционного элемента 3.

После дифракционного элемента 3 возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе (отраженный объектный пучок W 0 / в обратном ходе) в результате дифракции на дифракционном элементе 3 распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе W 1, о б р . / / , а возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе (отраженный опорный пучок W + 1 / в обратном ходе), дифрагируя на дифракционном элементе 3 в обратном ходе, распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе W 0, о б р . / / .

При наложении пучков W + 1, о б р . / / и W 0, о б р . / / плоскости узла 8 наблюдается интерферограмма исследуемого фазового объекта.

Таким образом, предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет получить интерферограмму в один момент измерений при использовании лазерного источника света и элемента дифракционной оптики, что весьма важно при изучении быстропротекающих процессов.

Способ получения интерферограмм в когерентном свете путем деления волнового фронта посредством дифракционного элемента на объектный и опорный волновые фронты, возвращения объектного и опорного волновых фронтов в обратном ходе, наложения указанных волновых фронтов в плоскости узла наблюдения интерферограммы, при этом волновой фронт разделяют по амплитуде и фазе на объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, в плоскость дифракционного элемента возвращают объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции и опорный волновой фронт первого порядка дифракции, отличающийся тем, что после дифракционного элемента возвращенный объектный волновой фронт нулевого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении опорного волнового фронта первого порядка дифракции в обратном ходе, возвращенный опорный волновой фронт первого порядка дифракции в обратном ходе распространяется в направлении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции в обратном ходе, а интерферограмму наблюдают при наложении объектного волнового фронта нулевого порядка дифракции и опорного волнового фронта первого порядка дифракции при обратном ходе указанных волновых фронтов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и касается системы регистрации параметров движущейся поверхности лайнера в быстропротекающих процессах. Система содержит расположенный перед поверхностью вдоль направления ее движения оптическое средство трансляции информации о динамике состояния поверхности, связанное с регистратором изображения поверхности.

Способ реализуют посредством двухлучевого интерферометра с оптической системой для формирования опорного и объектного пучков, системой зеркал, установленных вдоль опорной и объектной ветвей, рабочей зоной, проекционным объективом и узлом регистрации голограммы.

Изобретение может быть использовано при измерении малых разностей хода (менее 0,1λ длины волны) слабых оптических неоднородностей в прозрачных средах, например, при обтекании тел в потоках малой плотности, распыливании топлива из форсунок в разреженное пространство, изучении процессов смешения, воспламенения и горения топлив, обнаружении диффузных пограничных слоев.

Изобретение относится к оптике для визуализации фазовых (прозрачных) объектов и может быть использовано при исследовании газовых потоков, контроля качества оптических элементов.

Изобретение относится к оптическому приборостроению ,в частности, к устройствам для исследования фазовых объектов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности в машиностроении, приборостроении. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к устройствам для получения JI анализа оптических изображений.Цель изобретенияповышение производительности устройства путем получения изображений для всех направлений дифракционных полос объекта.

Изобретение относится к теневым, интерференционным и фазово-контрастным устройствам. .

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконно-оптических фазовых датчиках интерферометрического типа. При измерении сигнала датчика в ступенчатый пилообразный модулирующий сигнал добавляют один скачок напряжения за его период, амплитуда скачка равна амплитуде модулирующего сигнала, а длительность составляет половину длительности одной его ступени, причем скачок напряжения осуществляют в момент времени, соответствующий линейному участку выходного интерферометрического сигнала, полученного за предыдущий период модулирующего сигнала.

Изобретение относится к технической физике, в частности к инструментам для исследования и измерения оптических элементов и систем. Низкокогерентный интерферометр с дифракционной волной сравнения содержит источник низкокогерентного света, делителя света, к выходам которого подключены две части оптоволокна, функцию средства для перенаправления света от исследуемого объекта на регистратор выполняет основная плоскость корпуса источника двух эталонных сферических волн.

Изобретение может быть использовано в качестве измерительной системы для неинвазивной экспресс-диагностики многокомпонентных биологических сред для определения вирусов, бактерий и других микроорганизмов.

Изобретение относится к оптической когерентной томографии. В устройстве система (20) формирования линейного пучка света содержит полуцилиндрическую линзу (21), собирающую линзу (22) и щель (23) для реализации спектральной оптической когерентной томографии.

Изобретение относится к волоконно-оптической измерительной технике. Система содержит широкополосный источник излучения, оптический разветвитель на несколько каналов, циркулятор, оптический приемник, оптоволоконный датчик, блок управления и обработки и перестраиваемый элемент.

Интерферометр содержит монохроматический источник света и последовательно установленные афокальную систему для формирования расширенного параллельного пучка световых лучей, разделительную плоскопараллельную пластину, ориентированную под углом к параллельному пучку световых лучей, первое плоское зеркало с отражающим покрытием, обращенным к разделительной плоскопараллельной пластине, и установленное с возможностью изменения угла наклона к параллельному пучку световых лучей, прошедшему разделительную плоскопараллельную пластину, второе плоское зеркало, установленное с возможностью изменения угла наклона, и блок регистрации, установленный в пучке световых лучей, отраженном последовательно от первого плоского зеркала и разделительной плоскопараллельной пластины, и содержащий фокусирующий объектив и фотоприемное устройство.

Сканирующее интерференционное устройство содержит подложки с зеркальным покрытием с регулированием положения при помощи пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения.

Изобретение может быть использовано для быстрой перестройки или сканирования спектра пропускания или отражения излучения в сенсорных и спектральных системах. Интерферометр содержит корпус, выполненный в виде двух установленных перпендикулярно к оптической оси фланцев с осевыми сквозными отверстиями, и двухзеркальный резонатор, расположенный в отверстиях фланцев, каждое зеркало которого закреплено на соответствующем фланце с помощью пьезоэлектрического элемента.

Светофильтр содержит плоскую прозрачную пластину с тонкопленочным прозрачным покрытием одной ее поверхности. В первом варианте светофильтр содержит также оптическую призму ввода излучения, закрепленную плоской гранью на тонкопленочном покрытии вблизи конца пластины.

Устройство содержит закрепленное на основании (1) устройство (2) для регулировки и фиксации его положения относительно поверхности (12) объекта (13), соединенный с ним цилиндрический корпус (4), во внутренней полости (5) которого установлены источник (6) когерентного оптического излучения и фокусирующая излучение (31) на поверхность (12) объекта (13) оптическая система (8) с устройствами для регулировки и фиксации их положения (7) и (9), опорную балку (14), выполненную составной из однотипных цилиндрических элементов (28), светонепроницаемый защитный корпус (19) с окном (20), установленный с возможностью перемещения вдоль опорной балки (14), во внутренней полости (21) которого установлены светоделитель (22) и отражатель (23), жестко скрепленные между собой, и экран с устройствами для регулировки и фиксации их положения (24) и (26).

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа многоканального измерения смещения длины волны света. Измерения осуществляются с использованием интерферометра Фабри-Перо. Свет источников света через коллимирующую систему направляют на интерферометр Фабри-Перо и с помощью линзы фокусируют интерферометрическую картину на регистраторе. При этом на интерферометр Фабри-Перо направляют свет от нескольких независимых источников света, которые освещают различные области интерферометрической картины, а затем в каждой области интерферометрической картины компенсируют размытие интерферометрических колец, вызванное непараллельностью зеркал интерферометра, заменяя на регистраторе плоскость фокуса на плоскость, где лучи всех интерференционных картин непараллельного интерферометра Фабри-Перо пересекаются, создавая частичный псевдофокус. Технический результат заключается в обеспечении возможности одновременного измерения смещений частоты излучения от разных независимых источников в одном канале и повышении резкости интерференционных колец с обеих сторон от центра интерферограммы. 3 ил.
Наверх