Интерферометр кущенко в.а.



Интерферометр кущенко в.а.
Интерферометр кущенко в.а.
Интерферометр кущенко в.а.
Интерферометр кущенко в.а.

 


Владельцы патента RU 2620866:

Кущенко Виктор Анатольевич (RU)

Изобретение относится к интерферометрам. Интерферометр содержит когерентный источник света 1, излучающий исходный луч 2, проходящий через полупрозрачную отражательную пластинку 3 и расщепляющийся на проходящий луч 4 и отраженный луч 5, который проходит световод 6 и световод с изменяемой длиной пути 7 с светопрозрачным наполнителем 8 с заданным коэффициентом преломления, который снабжен приводом изменения длины 9. Световод 7 подсоединен к световоду 10. Световой блок 11 состоит из элементов 6-10 и привода 12, обеспечивающего возможность совершать повороты. Луч 13, выходящий из световода 10, проходит на вторую полупрозрачную пластинку 14, становясь лучом 16. Также через пластинку 14 проходит луч 4, становясь проходящим лучом 15. Лучи 15 и 16 проходят через фокусирующую систему 17 на полупрозрачный экран 18, сзади которого находится камера 19, подсоединенная к контроллеру 20. Контроллер 20 подсоединен к приводам 9 и 12, а также к панели управления 21, экрану 22, модему 23. Технический результат – повышение компактности, гибкости настройки. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к интерферометрам.

Известен интерферометр Жамера [1], содержащий две пластины, известен интерферометр Фабри-Перо [2], содержащий два зеркала, известен интерферометр Маха-Цандера [3], содержащий два зеркала и две пластинки, известен интерферометр на базе бипризмы Френеля [4]. Известен интерферометр Михельсона (Майкельсона) [5] (прототип), содержащий источник света, пластину преломления-отражения, два зеркала и экран.

Известен патент РФ №2206064 - учебный оптический интерферометр, прибор, содержащий щель, светосоздающую систему. Недостатком известного интерферометра является отсутствие возможности измерять параметры среды в космосе. Недостатком прототипа является сложность, громоздкость конструкции, недостаточная точность измерений. Предлагаемый интерферометр повышает эффективность прибора путем переноса прибора в космос. Нахождение в невесомости устраняет вибрации, позволяет удаленно от Земли на разных орбитальных высотах производить замеры на первой космической скорости (8 км/с) по направлению вращения Земли и против вращения Земли, также на второй космической скорости (более 12 км/с), на третьей космической скорости (16 км/с), с учетом скорости движения Солнца относительно центра галактики (250000 км/с) на разном расстоянии от Солнца. Также измерения можно будет проводить на орбитах Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона, а также в районе астероидного пояса между Марсом и Юпитером; фиксировать результаты для последующей компьютерной обработки.

На основе отрицательного результата, полученного в опыте Майкельсона-Морли, построены многие теории современной науки: релятивистская теория относительности, релятивистская квантовая механика, теория возникновения и расширения Вселенной, а также связанные с этими теориями другие научные дисциплины. Поэтому очевидна важность проведения такого опыта в современных условиях с добавлением компьютерной обработки данных, которая позволяет более точно фиксировать результаты, применять программы автоматического анализа этих результатов, оперативно обмениваться результатами и концентрировать их в одном месте.

Изобретение поясняется фиг. 1, 2.

Предлагаемый интерферометр состоит (фиг. 1) из когерентного источника света 1, испускающего исходный луч 2, проходящий через полупрозрачную отражательную пластинку 3, проходящего луча 4, отраженного луча 5, световода 6, световода с изменяемой длиной 7 со светопрозрачным наполнителем (газ, жидкость) 8 с заданным коэффициентом преломления света (n), с приводом изменения длины 9, в дальнем конце световод 7 подсоединен к световоду 10. Элементы 6-10 образуют световой блок 11, имеющий возможность совершать повороты, имеющий привод 12, луч 13, выходящий из световода 10 проходит на вторую пластинку 14, проходящий луч 15 (из луча 4) и преломленный луч 16 (из луча 13) проходят через фокусирующую систему 17 на полупрозрачный экран 18, сзади которого находится камера 19, подсоединенная к контроллеру (КТР) 20, подсоединенный к приводу 12 и приводу 9, а также подключенный к панели управления (ПУ) 21, экрану (Э) 22, модему (М) 23. Элементы 3-15 могут находиться в вакууме. Световой блок 11 может быть выполнен из твердого материала фиг. 1(б) и состоять из светопровода первой части 24.1, второй части 24.2 и клина светового 24.3.

На фиг. 2 показаны возможные варианты места применения интерферометра на различных орбитах Земли 25: а) по направлению вращения Земли; б) против направления вращения Земли; между Луной и Землей, на самой Луне 26, на орбитах Луны 27, на орбитах Марса 28, на траектории пути от Земли к Марсу 29, на подлете и на орбите Венеры 30, на подлете и на орбите Меркурия 31, в поясе астероидов 32, на орбитах Юпитера 33, на орбитах Сатурна 34, возле Урана 35, на околосолнечной орбите Нептуна 36, на орбите Плутона 37, вне Солнечной системы 38 (а - в плоскости планет, б - перпендикулярно плоскости движения планет). По формулам (1-5) можно рассчитать интенсивность интерференционной картины, полученной на экране 18, а также максимумы и минимумы:

где С=300000 км/с скорость света

при: ν=С; Δt1=∞, Δt2=∞

ν=0Δt1=2 lп/С, Δt2=2 lп/C;

ν=0.01 C; Δt1=2 lп/0.99994 С; Δt2=2 lп/0.9999 С;

ν=0.1 С; Δt1=2 lп/0.994 С; Δt2=2 lп/0.99 С;

ν=0.5 C; Δt1=2 lп/0.866 С; Δt2=2 lп/0.75 C;

m=1, 2, 3 …

где

ν - скорость света в среде перемещения интерферометра;

Δt1 - время движения луча 1 в интерферометре;

Δt2 - время движения луча 5 в интерферометре;

lп - длина плеча интерферометра;

νэ - скорость движения среды, в которой перемещается интерферометр;

λ - длина волны света;

max - максимум в интерференционной картине наложения волн от лучей, идущих разными путями, min - минимум в интерференционной картине наложения волн от лучей, идущих разными путями;

Δ - расстояние между максимумом и минимумом интенсивности в интерференционной картине;

I - интенсивность интерференционной полосы;

E0 - энергия светового потока источника света, применяемого в интерферометре;

b - расстояние от отверстия оптической системы до экрана;

d - диаметр отверстия оптической системы прибора.

В табл. 1 показаны коэффициенты преломления веществ, которые могут быть помещены в качестве наполнителя в соответствующий блок предлагаемого интерферометра.

Предлагаемый интерферометр работает следующим образом.

Когерентный источник света 1 порождает луч 2, который подается на полупрозрачную пластинку 3 и расщепляется на два луча. Первый луч 4 идет на полупрозрачную пластинку 14, а второй луч 5 попадает в световод 6 и по нему в световод 7 (или в светопроводы 24.1, 24.2, 24.3) и далее в световод 10, и далее в пластинку 14. Далее луч 13 (луч 16 после пластины 14) вместе с лучом 4 (луч 15, после пластины 14) проходят через фокусирующую систему 17 и далее поступают на полупрозрачный экран 18, изображение с которого через видеокамеру 19 поступает в контроллер (КТР) 20, который обрабатывает информацию, который управляется с помощью панели 21. Обработанное изображение поступает на экран 22 и посредством контроллера (КТР) 20 через модем 23 передается в систему интернет. Соответствующий сигнал с выхода контроллера 20 поступает на привод 12 для углового поворота светового блока 11 и на привод 9 для изменения длины пути луча 5 световодом 7 или светопроводами 24.1, 24.2, 24.3

При нахождении интерферометра на орбите в космическом аппарате, который движется по ходу вращения Земли со скоростью 8 км/с, земная поверхность при этом вращается 500 м/с, луч света 4 проходит в вакууме от пластины 3 до пластины 4, луч 5 проходит по световому блоку 11, имеющему световоды 7 (24.1, 24.2, 24.3), выполненные из заданного материала с известным коэффициентом преломления, согласно формулам Майкельсону-Морли (1-5) можно рассчитать время, затраченное на движение лучей 4 и 5. При повороте светового блока 11 (и луча 5), при изменении свойств среды, интерференционная картина изменится. Лучи 4, 13 встречаются на пластинке 14 и далее, проходя через фокусирующую систему 17 (лучи 15, 16 после пластины 14), отображаются на экран 18, создавая изображение полос или концентрических кругов.

Предлагаемый интерферометр имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

1. Помещенный в вакуум путь прохождения луча уменьшает внешнее воздействие воздушной (газовой) среды. Помещение пути прохождения второго луча в специальную среду задает с помощью этой среды другие параметры взаимодействия.

2. Помещение прибора в космос (в невесомость) позволяет свести к минимуму вибрации.

3. Помещение предлагаемого прибора в космос также уменьшает связь параметров среды с Землей, позволяет проводить эксперименты при больших скоростях (8 км/с, 12 км/с, 16 км/с).

4. Прибор компактен, позволяет доставлять его в сложенном состоянии на орбиту и использовать его в самом космическом корабле и за его пределами.

5. Размещение в космосе предлагаемого интерферометра существенно расширяет возможности проводить опыты Майкельсона-Морли не только на Земле, но и на других небесных телах, доступных в настоящее время, - Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, астероиды, орбиты Солнца в плоскости вращения планет Солнечной системы и перпендикулярно плоскости планет Солнечной системы с передачей данных в центр управления.

6. При вращении светового блока можно задать перпендикулярное и сонаправленное движение лучей.

7. В световой блок можно добавлять вещество: газообразное, жидкое, твердое, применяя материалы с различными коэффициентами преломления.

8. Применение различных когерентных установок позволяет использовать различные частоты электромагнитного диапазона. С помощью контроллера появляется возможность оперативно менять среду пути луча, настраивая на гребень или на впадину волны для одного из направлений. То есть при повороте на определенный угол, допустим 30°, 45°, 90°, можно автоматически определять полученный сдвиг волны.

9. Лучи в предлагаемом интерферометре идут в одну сторону и не возвращаются назад, что также повышает достоверность данных. В предлагаемом интерферометре можно увеличить путь, проходимый светом, путем раздвижной конструкции на то расстояние, которое необходимо.

10. Наличие системы передачи и приема данных позволяет активно проводить опыты в любом месте нахождения прибора.

Источники информации

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Москва, Физмат, т. 4 с. 249, 2005 г.

2. Интерферометр Фабри-Перо. МФТИ, ЛР №5, Москва, 2005 г.

3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – Москва, Наука, 1973, 720 с.

4. Резников Л.И. Физическая оптика. М.: Просвещение, 1971 г.

5. Элиот Л., Уилкокс У. Физика. Москва, Наука, 1975 г.

6. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике. М., 1978 г.

7. Интерферометр Майкельсона с лазерным источником света. ГОУ ВПО «Саратовский гос. университет». В.П. Рябухо и др. Саратов, 2009 г.

Интерферометр, содержащий полупрозрачные отражающие пластинки, отличающийся тем, что снабжен когерентным источником света 1, испускающим исходный луч 2, проходящий через полупрозрачную отражательную пластинку 3 и расщепляющийся на проходящий луч 4 и отраженный луч 5, который проходит световод 6, световод с изменяемой длиной пути 7 со светопрозрачным наполнителем 8 с заданным коэффициентом преломления, который снабжен приводом изменения длины 9, световод 7 подсоединен к световоду 10, причем световой блок 11 состоит из элементов 6-10 и имеет возможность совершать повороты, а также имеет привод 12, причем луч 13, выходящий из световода 10, проходит на вторую пластинку 14 (становясь лучом 16), через которую проходит луч 4 (становясь проходящим лучом 15), лучи 15 и 16 проходят через фокусирующую систему 17 на полупрозрачный экран 18, сзади которого находится камера 19, подсоединенная к контроллеру 20, подсоединенному к приводам 9, 12, а также подключенному к панели управления 21, экрану 22, модему 23.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптических измерений. Интерферометр содержит лазерный осветитель, вогнутое сферическое зеркало с центральным соосно осветителю отверстием, светоделительный элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью.

Заявленная группа изобретений относится к устройствам получения и обработки изображений оптической интерферометрии и может быть использовано для прижизненной визуализации и количественной оценки деполяризующих свойств отдельных участков биологических тканей, в том числе человеческих.

Изобретение относится к области литографии и касается системы литографии. Система литографии включает в себя основание, установленную на основании оптическую колонну для проецирования шаблона на мишень, подвижный держатель мишени, модуль дифференциального интерферометра, предназначенный для измерения смещения держателя мишени.

Способ получения спектральных цифровых голографических изображений, реализуемый устройством, заключается в формировании коллимированного широкополосного светового пучка, его селективной дифракции в акустооптическом фильтре, делении его на два пучка, пропускании одного из них через исследуемый объект.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения угловых перемещений объекта. Устройство включает в себя источник когерентного излучения, расширитель светового пучка, светоделитель, который пропускает без изменения направления первый луч и отражает второй луч, установленное на пути второго луча зеркало, два установленных на измеряемом объекте уголковых отражателя, приемник интерференционной картины, блок фильтрации и усиления сигнала, компаратор и концевые датчики положения.

Способ контроля параметров сигнала волоконно-оптического интерферометра фазового датчика с перестраиваемым источником оптического излучения включает в себя измерение амплитуды контролируемого интерферометрического сигнала, по которому судят о текущем значении глубины фазовой модуляции, ее регулировку до оптимального значения путем изменения амплитуды модулирующего сигнала, изменение центральной длины волны излучения источника оптического излучения и измерение соответствующих текущих значений амплитуды контролируемого интерферометрического сигнала.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных перемещений по трем взаимоортогональным осям. Интерферометр содержит одночастотный лазер, коллиматор для ввода излучения в транспортное волокно, коллиматор, вводящий излучение в оптическую схему, акустооптический модулятор, формирующий опорное и измерительное плечи интерферометра, поляризационный светоделитель, позволяющий развести лучи на расстояние, достаточное для их независимого использования зеркалами, систему зеркал, которая расположена вокруг пьезоэлектрического стола, триппель-призмы, закрепленные на пьезоэлектрическом столе так, что их оси симметрии проходят через центр вращения пьезоэлектрического стола, фотоприемники, подключенные к соответствующим измерительным входам фазометра, а также генератор сдвиговой частоты, связанный с акустооптическим модулятором и опорным входом фазометра.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается спектроскопического прибора. Спектрометрический прибор включает в себя сканирующий интерферометр.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается интерферометра Майкельсона с колеблющимися зеркалами. Интерферометр включает в себя n зеркал, причем n≥2.

Способ получения оптических трёхмерных и спектральных изображений микрообъектов включает в себя коллимирование широкополосного оптического излучения источника, разделение на два пучка - референтный и объектный, формирование интерференционной картины за счёт сведения указанных пучков, регистрация её матричным приемником.

Изобретение относится к области интерференционной оптики и может быть использовано для определения рельефа поверхности на основе фазового изображения, например, в интерференционных микроскопах. Согласно способу получения фазового изображения когерентный лазерный луч разделяют на два луча, первый из которых направляют на фазово-контрастный объект, а второй - на эталонное зеркало. Отраженный первый луч и отраженный второй луч совмещают и направляют на фотоприемник, после чего определяют фазу каждой области фазово-контрастного объекта. При этом предварительно определяют фазовый набег каждой области эталонного зеркала, который получают на основе многократного измерения фазы на каждом пикселе фотоприемника при случайном смещении тестовой поверхности в каждом измерении с последующим усреднением результатов измерений. Измеренная ранее фаза каждой области фазово-контрастного объекта является промежуточной фазой, а истинную фазу каждой области фазово-контрастного объекта получают путем корректировки промежуточной фазы на фазовый набег, соответствующей данному пикселю области эталонного зеркала. Достигается учет как систематической, так и случайной составляющей погрешности фазового изображения, возникающей вследствие неточного исполнения опорного зеркала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при создании волоконно-оптических интерферометрических датчиков для регистрации фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий). Изобретение решает задачу создания волоконно-оптического интерферометрического устройства для регистрации различных фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий), которое позволяет избавиться от искажений полезного сигнала и уменьшить оптические потери при одновременном упрощении конструкции. Волоконно-оптическое интерферометрическое устройство для регистрации фазовых сигналов, включающее оптически соединенные источник когерентного оптического излучения, фазовый модулятор, устройство для распределения оптической мощности, чувствительную часть, включающую, по крайней мере, один чувствительный элемент, представляющий собой отрезок чувствительного оптического волокна, находящийся между двумя волоконными брэгговскими решетками (ВБР) одной резонансной длины волны, расположенными на заданном расстоянии, и фотоприемное устройство со схемой демодуляции, при этом вход фазового модулятора соединен с источником когерентного оптического излучения, а его выход соединен с первым портом устройства для распределения оптической мощности, второй порт которого соединен с чувствительной частью, а третий порт устройства для распределения оптической мощности соединен с входом фотоприемного устройства, а длина чувствительного элемента (Lчэ) и длительность лазерного импульса источника когерентного оптического излучения (tимп) связаны соотношением: ,где с - скорость света, n - показатель преломления оптического волокна чувствительного элемента, tимп - длительность лазерного импульса, Lчэ - длина чувствительного элемента. 4 ил.

Голографический способ изучения нестационарных процессов, в котором используют когерентный источник излучения, коллиматор и первый, второй и третий светоделители, а также зеркала, при помощи которых формируют три опорных и один объектный пучки. В процессе реализации способа указанные три опорных пучка могут быть перекрыты экранами, что обеспечивает возможность последовательного во времени формирования голограмм. Технический результат заключается в обеспечении возможности изучения нестационарных процессов на разных стадиях их развития, не вмешиваясь в их физико-химические явления, что повышает точность измерений параметров исследуемого процесса. 2 ил.

Изобретение может быть использовано для формирования периодических интерференционных картин, например, для записи голографических дифракционных решеток, создания периодических структур различной размерности, реализации Фурье-спектрометров, брэгговских зеркал и т.п. Интерферометр содержит источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, разделяющий исходный пучок на два парциальных, два зеркала, направляющие эти пучки под углом схождения друг к другу, и светочувствительный элемент. Светоделительный элемент, два зеркала и светочувствительный элемент образуют зеркально-симметричную систему относительно плоскости светоделительного зеркала, встроенного в светоделительный элемент, и установлены неподвижно на основании, ось вращения которого расположена так, что обеспечивает согласование вращательного движения основания и перемещения по светоделительному зеркалу коллимированного светового пучка за счет изменения его угла падения. Технический результат - повышение виброустойчивости и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх