ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Отражательный интерферометр с инвертированным распределением интенсивностей.

 

Абель Олег Яковлевич,

FSTT Ltd, Израиль,

Кузнецов Максим Михайлович,
ГУП НПЗ им. Ленина.

Научный руководитель – Носков Михаил Федорович,

кандидат технических наук, доцент.

Сибирская Государственная Геодезическая Академия, говосибирск.

 

Одним из направлений применения высокочувствительных интерференционных измерений является детектирование и измерение сверхмалых подвижек земной коры и тектонических плит, вызванное гравитационными волнами при возможных взрывах сверхновых звезд в Нашей Галактике (проекты ТАМА-300 в Японии, LIGO в США, VIRGO в Италии и др.).

Чувствительность классического интерферометра Майкельсона оказалось недостаточной, поэтому схема интерферометра была изменена.

В обычном интерферометре Фабри-Перо в проходящем свете наблюдаются узкие максимумы на темном фоне, в свете отраженном, в котором и возможно измерение смещений одного зеркала относительно другого, наблюдается так называемая дополнительная картина – узкие темные минимумы на сплошном светлом фоне.

Такая картина увеличивает постоянную засветки фотодетектора, иными словами, повышает уровень дробовых шумов, поэтому предпринимаются попытки снизить уровень шумов чисто оптическими методами, а именно - инверсией многолучевой интерференционной картины.

Под руководством Ю.В. Троицкого в Новосибирском Академгородке разработаны так называемые интерферометры с согласованным передним зеркалом. Переднее зеркало выполняют асимметричным – коэффициент отражения со стороны источника света стремится к нулю, а со стороны второго зеркала стремится к единице.

Такая асимметрия достигается благодаря сочетанию многослойного диэлектрического покрытия с поглощающей пленкой. Вследствие целого ряда причин, подробно проанализированных в  (1,2), крутизна интерференционных полос в несколько раз ниже, чем в классическом ИФП.

Авторами настоящей работы сделана попытка получить инвертированную картину более простым способом - устранить нулевую составляющую методом пространственной фильтрации (3,4,5).

Рассмотрим разработанный метод более подробно.

ИФП представляет собой две плоско-параллельные пластины, которые наклонены друг относительно друга под некоторым небольшим углом. При освещении ИФП плоским пучком возникает две интерференционные картины – в проходящем и отраженном свете, причем эти картины являются дополнительными, т. е. максимумам картины в отраженном свете соответствует минимум в свете проходящем, и наоборот. В проходящем свете интерференционная картина представляет собой узкие светлые полосы, разделенные широкими темными промежутками, в отраженном свете наблюдается дополнительная картина – на сплошном светлом фоне видны узкие темные полосы.

В проходящем свете несколько спектральных линий, соответствующих различным длинам волн, дают раздельные системы полос.

В отраженном свете система широких светлых полос, соответствующих различным длинам волн, накладываются друг на друга, и либо резко падает контраст картины, либо она вообще пропадает. Поэтому при анализе немонохроматического излучения  ИФП может быть использован только в проходящем свете.

В ряде случаев второе зеркало интерферометра является глухим, т. е. имеет коэффициент отражения почти 1, и спектральные измерения с таким интерферометром невозможны.

В настоящей работе предложено расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционной картины в отраженном свете при помощи ИФП, включающее разложение отраженного от ИФП светового пучка в пространственный спектр при помощи наклона одного из зеркал ИФП относительно другого зеркала на малый угол α, фокусировку отраженного светового пучка объективом и подавление нулевого пространственного порядка при помощи поглощающей диафрагмы, причем угол наклона α  выбирают из условия:

α ≥ 1,22λ / D,

где λ – наибольшая длина волны зондирующего излучения;

D – световой диаметр зеркал ИФП.

Отраженные от ИФП лучи образуют последовательность колебаний:

 

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

,

где α – амплитуда падающего колебания;

ρ и τ – коэффициенты отражения и соответственно пропускания;

ρ' и τ' – амплитудные коэффициенты отражения и пропускания  зеркальных слоев;

Sjj-е световое колебание, отраженное от поверхности пластины.

Если каким-то образом исключить из прогрессии её нулевой член , то оставшаяся часть образует бесконечно убывающую геометрическую прогрессию, сумма членов которой равна:

.

Заменив в последнем выражении комплексные величины на действительные и умножив на комплексно-сопряженную величину, найдем распределение интенсивностей в отраженном свете:

.

Последнее выражение имеет точно такой же вид, что и распределение интенсивностей в прошедшем свете. Это означает, что исключение светового пучка нулевого порядка, например, при помощи фокусирующего объектива и поглощающей диафрагмы, позволяет инвертировать распределение освещенностей интерференционной картины.

Осуществление заявленного способа поясняется с помощью устройства, представленного на рисунке 1.

 

Рисунок 1.

Оптическая схема ИФП.

 

Устройство содержит объективы 1 и 2, при помощи которых получают коллимированный пучок излучения, зеркала интерферометра 3 и 4, зеркало 5 с отверстием, при помощи которого происходит фильтрация нулевого отраженного пучка, причем объективы расположены конфокально, и с их общим фокусом совпадает отверстие в зеркале.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа осуществлена при помощи гелий-неонового лазера ЛГ-79, микрообъектива с фокусом 15 мм и объектива со световым диаметром 50 мм и фокусным расстоянием 400 мм из комплекта оптической скамьи ОСК-2 и двух плоско-параллельных пластинок со световым диаметром 50 мм и коэффициентом отражения 60 % и 98 %. Интерферограммы, полученные в отраженном свете с не исключённой (а) и исключенной (б) нулевой компонентой, представлены на рисунке 2.

 

а)                                                                б)

Рисунок 2.

Исходная и инвертированная интерферограммы.

 

Литература.

 

1.    Троицкий, Ю.В. Упрощение расчета высокодобротных многолучевых отражающих интерферометров. [Текст] / Ю.В.Троицкий //Оптический журнал. - 2002. – т.69, № 6. – С.47 -52.

2.    Троицкий, Ю.В. Отражательный интерферометр с трансмиссионной характеристикой как элемент интерференционных детекторов гравитационных волн [Текст] / Ю.В.Троицкий  //Оптика и спектроскопия. - 2005. – т.98, № 1. –С.135 – 141.

3.             Заявка № 2005136174 Российская Федерация, МПК G 02 B 5/30. Способ наблюдения многолучевой интерференционной картины в отраженном свете при помощи интерферометра Фабри – Перо [Текст] / Носков М.Ф. (РФ) ; заявитель СГГА ; пат. поверенный Тырышкина Е.П.; заявл. 21.11.2005. Положительное решение о выдаче патента РФ № 2005136174/28. Патент на изобретение № 2302612 от 10.07.2007 г.

4.              Носков, М.Ф. Двухлучевой интерферометр повышенной чувствительности для регистрации сверхмалых подвижек тектонических плит. [Текст] / М.М. Кузнецов, М.Ф. Носков // Известия вузов. Горный журнал. – 2007, № 4, - С. 58-61.

5.             Носков, М.Ф. Повышение отношения сигнал/шум при создании высокочувствительных интерференционных детекторов гравитационных волн. [Текст] / М.Ф. Носков // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 7. – С. 78.

 

Поступила в редакцию 3 сентября 2007 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.