Интерферометр Тваймана — Грина
Интерферо́метр Тва́ймана — Гри́на — разновидность гетеродинного интерферометра, предназначенная для измерения разности фаз и оптических путей волновых фронтов[1].
Физические основы
Интерферометр Тваймана — Грина представляет собой одну из разновидностей гетеродинного интерферометра. Первый интерферометр Тваймана — Грина был создан в 1916 году. Его оптическая схема представлена на рисунке. Источником излучения с частотой служит лазер с расширителем пучка для создания относительно широкого волнового фронта, которое направляется к поляризационному светоделителю, разделяющему световой пучок на два. Один из разделённых пучков направляется в ячейку Брэгга, а второй — на зеркало, а затем в аналогичную ячейку Брэгга. Затем по стандартной интерференционной схеме лучи попадают сквозь поляризационные светоделители на опорную и измеряемую поверхность, а после этого сходятся, образуя интерферограмму[2].
В ячейках Брэгга формируются частотные сдвиги и . Обозначив пространственную амплитуду , а фазу пучка , получим:
|
, . |
Для анализа интерферограммы используют фотодетекторы, вырабатывающие фототок при попадании на их активные элементы светового излучения. Для стандартного фотодетектора фототок пропорционален усреднённому значению суммарной интенсивности падающих на него световых пучков:
.
Составляющие падающего на фотодетектор излучения с частотами и можно приближённо определить как:
|
, . |
Если результирующая интенсивность пучков равна:
|
, |
то фотоэлектрический сигнал от фотодетектора можно представить как:
|
|
Подставив эти выражения в формулу для суммарной интенсивности падающих на фотодетектор световых пучков получим:
|
. |
Считая, что динамический диапазон фотодетектора позволяет ему реагировать на разность частот , по величине гораздо меньше частоты , видно, что только последний член выражения определяет амплитуду переменного фототока, вырабатываемого фотодетектором в результате изменения амплитуды светового поля на нём.
В этом случае можно считать, что для разных точек пространства, в которые можно поместить два фотодетектора, можно получить два фотосигнала, пропорциональных фазовому искажению в данных точках:
|
, . |
Оба этих сигнала поступают на фазовый компаратор и сравниваются друг с другом, когда один датчик перемещается относительно другого. Фазовый компаратор вырабатывает аналоговое напряжение, пропорциональное оптической разности фаз световых пучков, попадающих на фотодетекторы. Таким образом можно анализировать интерферограммы, получаемые в интерферометре Тваймана — Грина[3][4]. В современных интерферометрах Тваймана — Грина используют матрицы из фотодетекторов и учитывают их аппаратную функцию при дальнейшей компьютерной обработке, особенно при высокоскоростных измерениях.
Примечания
Литература
- Захарьевский А. Н. Интерферометры. — Москва : Государственное издательство оборонной промышленности, 1952.
- Скоков И. В. Многолучевые интерферометры. — Москва : Машиностроение, 1969.
- Нагибина И. М. Интерференция и дифракция света. — Л. : Машиностроение, 1974.
- Кривояз Л. М., Знаменская М. А. Практика оптической измерительной лаборатории. — Л. : Машиностроение, 1974.
- Апенко М. И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. — Москва : Наука, 1982.
- Кузнецов С. М., Окатов М. А. Справочник технолога-оптика. — Л. : Машиностроение, 1983.
- Зубаков В. Г., Семибратов М. Н., Штандель С. К. Технология оптических деталей. — Москва : Машиностроение, 1985.
- Нагибина И. М., Москалёв В. А., Полушкина Н. А., Рудин В. Л. Прикладная физическая оптика: Учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 2002.
- Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов. — СПб. : БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
- Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов. — Москва : Физматлит, 2003.
- Гужов В. И., Ильиных С. П. Компьютерная интерферометрия. — Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004.
- Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. — Москва : Физматлит, 2014.
- Запрягаева Л. А. Прикладная оптика. Ч. 1. Введение в теорию оптических систем. — Москва : Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии, 2017.
- Михеенко А. В. Геометрическая оптика : учебное пособие. — Хабаровск : Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2018.
- Петров В. М. Адаптивные голографические интерферометры для наномеханики. — Москва : Лань, 2018.
| Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ». Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ». |


