5.2. Лазерные интерферометры перемещений
Интерферометры для линейных измерений, построенные на основе схемы Майкельсона, получили название интерферометров перемещений, поскольку они измерят длину, как величину перемещения подвижного зеркала (отражателя).
В таких интерферометрах как источник света используют Не-N лазер с длиной волны излучения = 0,63 мкм, а плоские зеркала обязательно заменяют угловыми отражателями: во-первых, они некритические к небольшим разворотам, неминуемым при движении, а во-вторых, отображенный от них свет не попадается назад в лазер ( как это имеет место в схеме на рис.5.1), что нарушило бы его работу.
Лазерные интерферометры могут быть двух типов, которые различаются тем, что при недвижимом отражателе интерференционная картина :
стационарная (недвижимая);
нестационарная (что бежит или периодически качается).
Во второму случая на выходе фотоприемника возникает сменный сигнал даже при отсутствии движения отражателя, который дает опорную частоту при измерении перемещений и позволяет существенным образом улучшить много параметров интерферометра. «Качание» картины создается обычно фазовой модуляцией излучения в опорном плече (модуляционные интерферометры). Картина, которая бежит, при недвижимом отражателе возникает, если на приемнике інтерферують волны двух разных (достаточно близких) оптических частот. Это можно обеспечить применениям двочастотних лазеров или сдвигом частоты одночастотного лазера с помощью акустооптичних и других устройств (гетеродинные интерферометры). Таким образом, первый тип интерферометров (гомодинні интерферометры) отвечает классической схеме Майкельсона, а второй тип включает модуляционные и гетеродинные схемы.
Принцип построения гомодинних интерферометров (интерферометры первого поколения) иллюстрируется на рис.5.2,а. В них используется одночастотный стабилизированный Не-Nе лазер. Для обеспечения реверсивного подсчета полос есть два фотоприемника, реєструючі сигналы, сдвинутые по фазе на 90в (на рисунке для простоты показанный только один фотоприемник).
Схему на рис.5.5,а можно превратить в модуляционную, вводя фазовую модуляцию излучения в опорном канале путем упрочения опорного отражателя на пьезокерамике, к которой привстает сменное напряжение от генератора. Это создает периодическое изменение различия хода в интерферометре, который накладывается на постоянное линейное изменение различия хода, обусловленное движением отражателя. Подсчет полос проводится в моменты, когда модулюючий сигнал проходит свое среднее положение, равное нулю, и потому свидетельства реверсивного счетчика всегда отвечают измеренному перемещению.
Гетеродинный интерферометр с двочастотним лазером строят по схеме, показанной в обобщенном виде на рис.5.2,бы.Не-nе лазер излучает две близких оптические частоты 1 и 2, что разнесли на величину порядка 2 Мгц, полученные расщеплениям лазерной частоты в на две компонента при помещении активного среды лазера в продольное магнитное поле (эффект Зеємана).
а)
б)
Рис.5.2. Схема построения лазерного интерферометра