35 Принципы интерферометрии и голографических исследований

Интерференция основана на сложении векторов когерентных электромагнитных волн, что приводит к пространственно неоднородному распределению энергии суммарного электромагнтного поля.

Голография (от греческого holos – полный и gramma – запись) фиксирует совокупность волновых параметров: частоту, амплитуду и фазу.

Это возможно благодаря интерференционной картине, получаемой при наложении отражённого от объекта излучения и опорного сигнала.

Схема записи голограммы: .

При сложении двух когерентных волн складываются их поля, а не интенсивности.

Интенсивность излучения пропорциональна квадрату амплитуды:

, или

Из (23.1) следует, что интенсивность результирующего колебания максимальна, если ∆φ = 2πm, где m – любое целое число. Эта разность фаз соответствует максимуму интерференционной картины.

Если ∆φ= 2π(m+1/2), где m – любое целое число, то наблюдаются минимумы интерференционной картины.

Чтобы охарактеризовать интерференционную картину используется понятие оптической разности хода:

,

Здесь х – расстояние.

Если ΔL=mλ, где m – порядок интерференции, то наблюдается максимум интерференционной картины. В этом случае ∆φ=2π, тогда

I=I₁+I₂+ 2 I₁I₂.

Если ΔL=(2m+1)λ/2, то наблюдается минимум, тогда

I=I₁+I₂ - 2 I₁I₂.

В общем случае разность фаз сигналов:

Показатель преломления зависит от ряда факторов, например, от электрических и магнитных полей. Влияние магнитного поля на показатель преломления называется магнитооптическим эффектом. Зависимость показателя преломления от электрического поля называется электрооптическим эффектом.

Принципы интерферометрии определяются связью параметров внешнего воздействия с показателем преломления n₂, от которого зависит вид интерференционной картины. Варианты внешних воздействий на интерференционный датчик:

1. Механическое: n = f(p),

где р – механическое напряжение.

2. Электрооптический эффект: n = f (E_внеш.).

3. Магнитооптический эффект: n = f (B).

На аналогичных принципах построены голографические исследования. В случае голографических исследований параметрами, определяющим оптическую разность хода опорного и контролируемого лучей, являются пространственные неоднородности среды (например, элементы микроструктуры объекта).

Расшифровывая голографическую картину, вид которой определяется оптической разностью хода, которая, в свою очередь зависит от параметров объекта, добывается информация о микроструктуре объекта.

36 Волоконно-оптические и интегрально-оптические интерферометрические датчики

Выделяются три группы интерферометров:

1. классические: на основе зеркал и линз;

2. волоконно-оптические: на основе волоконных волноводов;

3. интегрально-оптические: на основе волноводов внутри кристаллов.

В интерферометрах I₁ = I₂.= I₀/2.

1

3

Схема интерференции делением амплитуды включает: 1- оптический делитель амплитуды; 2 и 3- плечи интерферометра; 4- оптический сумматор; 5- источник когерентного излучения; 6- точка наблюдения интерференции

Плечо интерферометра определяет путь луча; одно плечо является эталонным, а другое - измерительным.

Схема волоконо-оптического интерферометра содержит:

1- источник когерентного излучения. 2- схема ввода излучения в волокно. 3- волокно.

4 – делитель,

5- сумматор,

6- приемник излучения.

7- чувствительная область волокна.

Оптическая разность хода:

∆L= l*n₁-l*n₂=l*∆n

Или разность фаз:

,

откуда следует .

Учитывая интенсивность: I_∑= I₀+I₀ cos (∆φ), получим:

,

Откуда следует ,

или ,

Для фотоэлектрической регистрации:

Интегрально-оптические интерферометры изготавливаются внутри кристалла легированием его волноводных областей: n₂- LiNbO₃:Ti; n₂> n₁.

Схема интегрально-оптического интерферометра содержит:

1- источник; 2 – оптическая схема ввода излучения в волновод; 3 – волновод; 4 – делитель; 5 – плечи интерферометра; 6 – сумматор; 7 – волновод; 8 – приемник; 9 – схема обработки сигнала; 10 – область воздействия.

Принцип действия такой же, как в волоконно-оптических интерферометрах, с учетом того, что n₂ – показатель преломления области 10, чувствительной к внешним воздействиям, а ∆Х – длина этой области.

Кроме того, если внешнее воздействие уменьшает n_2, то получается датчик на основе потерь энергии, поскольку условия полного внутреннего отражения сигнала перестают выполняться.