Физические основы интерферометрии

Интерференция представляет собой общий электродинамический принцип суперпозиции полей, примененный к волновым, в частности оптическим, полям.

Рисунок 7.2 Интерференционная картина при пересечении двух плоских волн

Согласно общему электродинамическому принципу суперпозиций электрическое поле в области пересечения волн будет представлять собой сумму полей индивидуальных волн. В широком смысле интерференция существует при пересечении любых волн, и для своей реализации не нуждается в дополнительной “когерентности” этих волн. В общем случае интерференционная картина представляет собой не стоячую, а бегущую волну (в случае различных частот волн), или хаотически осциллирующую картину (в случае несвязанных начальных фаз волн).

Если интерференция происходит в среде с достаточно коротким временем отклика тех или иных свойств среды на поток энергии излучения, то такая бегущая интерференционная картина приводит к возникновению в среде бегущей волны соответствующего возмущения материальных параметров. Именно на этом основаны, например, все известные виды вынужденных рассеяний света: вынужденное комбинационное рассеяние (волны молекулярных колебаний), вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (гиперзвуковые волны, порожденные бегущей интерференционной картиной), и т.п.

Интерференция имеет широкую область применения в технике. Она используется для прецизионного контроля плоскостности обрабатываемых поверхностей, прецизионного измерения линейных размеров объектов, контроля тепловых и механических напряжений деталей, в микроскопии, спектроскопии оптического и ИК излучения.

Интерференция волн различных частот, лежит в основе ряда наиболее современных и точных спектроскопических методик, например, на реализации принципа интерференции основана голография.

7.2.1 Интерферометр Майкельсона

Интерферометр Майкельсона (рисунок 7.3а) является одной из наиболее распространенных скелетных схем интерферометра.

Рисунок 7.3 Схематическое изображение конструкции интерферометров Майкельсона и Кюстерса

Два отраженных пучка формируют на экране SC интерференционную картину, характер которой определяется соотношением форм волновых фронтов обоих пучков.

Интерферометр Майкельсона представляет собой достаточно точное устройство для контроля позиционирования объекта в пространстве, его угловой юстировки и плоскостности. Специальные методы точного измерения распределения интенсивности в плоскости экрана позволяют повысить точность позиционирования до единиц нанометров.

Применения интерферометра Майкельсона в технике весьма разнообразны. К примеру, он может быть использован для дистанционного контроля малых деформаций (отклонений от плоскостности) объекта (заменяющего собой одно из зеркал).

Такой подход весьма удобен, когда по тем или иным причинам нежелательно близкое расположение объекта и эталонной поверхности (второго зеркала), например, объект сильно нагрет, химически агрессивен и тому подобное. Например, для измерения толщины тонких прозрачных объектов или неровностей зеркал применяют интерферометр Кюстерса (рисунок 7.3б), являющийся модификацией интерферометра Майкельсона.

Интерферометр Майкельсона находит применение в оптических гироскопах, основанных на эффекте Саньяка, для контроля сдвига интерференционной полосы, порожденного вращением.

Рисунок 7.4 Иллюстрация эффекта Саньяка

Два лазерных луча света распространяются в противоположных направлениях внутри оптического кольца, обладающего коэффициентом преломления. Соответственно один луч перемещается по часовой стрелке, а второй – против часовой стрелки. Разница между путями, пройденными встречными лучами света пропорциональна скорости вращения первичного преобразователя.

⇐ Предыдущая41424344454647484950Следующая ⇒

Поделиться: