SU506755A1 - Устройство дл измерени фазовых сдвигов излучени ик-диапазона - Google Patents

Description

формации об измер емых фазовых сдвигах когерентного излучени  лазера ИК-диапазона в широком диапазоне плотностей мощности , вносимых фазовыми объектами в измерительном канале двухлучевого интерферометра , на сигнал промежуточной частоты.

Дл  этого в предлагаемом устройстве в каждый канал интерферометра введены однополосный акустооптический модул тор и система формировани  светового потока, выполненна  в виде двух фокусирующих элементов , фокусы которых совмещены в плоскости однополосного модул тора, причем световой пучок направл етс  на модул тор под

углом Брэгга так, что sin0 / --- , где

А - длина волны ИК-излучени , Л - длина волны ультразвука, п-коэффициент преломлени  акустооптического материала.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, состо щее из оптической и электронной частей. Оптическа  часть представл ет собой двухлучевой интерферометр , элементы которого размещаютс  на основании 1, расположенном внутри термостатированного герметичного кожуха 2. Кожух служит дл  снижени  акустических помех и температурных градиентов (в 10 раз). В кожухе есть входное окно 3 дл  поступлени  излучени  лазера 4 на углекислом газе (Я 10,6 мкм) на интерферометр и выходное окно 5 дл  вывода неиспользуемой части этого излучени  за пределы кожуха. Основание интерферометра представл ет собой массивную плиту из ситалла, низкий коэффициент теплового расширени  которого обеспечивает достаточную стабильность разности фаз при флуктуаци х и дрейфе температуры. Дл  уменьшени  сейсмических помех устройство располагаетс  на воздушных подушках. Двухлучевой интерферометр состоит из измерительного и опорного каналов. Измерительный канал составлен из общего дл  обоих каналов первого светоделительного устройства 6 и второго светоделительного устройства 7. Опорный канал включает в себ  отражающий элемент 8, а также общий дл  обоих каналов элемент 9 совмещени  пучков, за которым установлен фотодетектор 10, преобразующий оптические сигналы в электрические . Световой поток в измерительном канале обозначен сплошной линией, а в опорном - пунктирной. В измерительном канале интерферометра установлен исследуемый фазовый объект 11. В опорном канале расположено фазосдвигающее устройство 12, при помощи которого можно измен ть фазовую задержку светового потока в этом канале. В обоих каналах интерферометра симметрично размещены акустооптические однополосные модул торы 13 и 14 с системами формировани  световых потоков, выполненными в виде двух фокусирующих элементов: 15 и 16 в измерительном канале и 17 и 18 в опорном каиале.

Электронна  часть включает в себ  следующие блоки. Полосовой фильтр прамежуточной частоты 19, на который поступает электрический сигнал с фотодетектора; генераторы питани  однополосных модул торов измерительного 20 и опорного 21 каналов, предназначенные дл  подачи питающих напр лсений на эти модз л торы, а также радиочастотный сместитель частоты генераторов питани  22; высокоточный цифровой радиочастотный фазометр 23 подключен к выходам полосового фильтра промежуточной частоты и радиочастотного смесител  частот генераторов питани  однополосных модул торов .

Устройство работает следующим образом. Излучение лазера через входное окно 3

поступает на двухлучевой интерферометр. Первое светоделительное устройство 6 направл ет небольшую часть мощности излучени  лазера в опорный канал интерферометра . Основна  часть излучени  проходит в измерительном канале интерферометра через исследуемый прозрачный фазовый объект 11, второе светоделительное устройство 7 и выходное окно 5 устройства. Светоделительное устройство 7 направл ет на фокусирующий

элемент 15 измерительного канала световой поток, примерно равный потоку в опорном канале. Сфокусированные с помощью элементов 15 и 17 пучки измерительного и опорного Каналов попадают да два однополооных

модул тора 13 и 14. Питание (возбуждение) однополосных модул торов осуществл етс  на двух бли8ких (радиочастотах fi и F около 75 МГц, расстроенных друг относительно друга на частоту, равную 100 кГц. После однополосных модул торов излучение лазера направл етс  под углами Брэгга

К 2.i

в arcsin пво arcsin п2Л ,

(где А и AS - длины волн ультразвука, возникающего в результате возбуждени  модул торов 13 и 14 соответственно) на фокусирующие элементы 16 и 18, формирующие параллельные пучки, и далее на элемент 9. На элементе 9 происходит совмещение пучков измерительного и опорного каналов.

В опорном канале предварительно до элемента совмещени  пучков излучение отражаетс  элементом 8 и проходит через прозрачное фазосдвигающее устройство 12. Суммарный световой поток поступает на фотодетектор 10, на котором производитс  смещение 60 частот двух оптических сигналов, поступающих на него из измерительного и опорного каналов и преобразование их в электрический сигнал. Эти частоты получаютс  в результате сдвигов одной и той же частоты 65 ИК-излучени  лазера с помощью однополоеных модул торов в измерительном и опорном каналах интерферометра.

Электрический сигнал с фотодетектора поступает на полосой фильтр 19, выдел ющий из спектра этого сигнала составл ющую с разностной частотой. Фаза синусоидального сигнала промежуточной частоты зависит от фазовых сдвигов, вносимых фазовым объектом 11, в оптическом тракте измерительного канала интерферометра. На радиочастотном смесителе осуществл етс  смещение рабочих частот генераторов питани  однополосных модул торов и выделение из разностной частоты 100 кГц с посто нной фазой. Радиочастотный цифровой фазометр 23 измер ет разность фаз сигналов, поступающих на его входы с полосового фильтра и смесител , котора  пропорциональна фазовым сдвигам в измерительном канале интерферометра.

Таким образом, применение в данном устройстве акустооптических однополосных модул торов и гомодинного преобразовани  частоты когерентного излучени  лазера с помощью двухлучевого интерферометра позвол ет осуществить перенос информации об измер емом фазовом сдвиге ИК-излучени , вносимом прозрачными фазовыми объектами, на сигнал промежуточной радиочастоты, на которой возможны измерени  фазовых сдвигов с помощью высокоточных радиочастотных фазометров.

Применение в предлагаемом устройстве двух однополосных модул торов позвол ет получить достаточно низкую промежуточную частоту 100 кГц, на которой 1Мож1НодостиГ1нуть более высокой точности измерени  разности фаз, чем на частоте около 75 МГц. Кроме того , при работе на частоте 100 кГц снижаетс  вли ние высокочастотных когерентных помех . Такое устройство позвол ет измер ть фазовые сдвиги когерентного излучени  лазера (10,6 мкм) в пределах от О до 360° с погрещностью не более 0,1° при мощности излучени  до 50 вт.

Claims (1)

1. Формула изйбретени 

   Устройство дл  измерени  фазовых сдвигов излучени  ИК-диапазона на основе двухлучевого интерферометра, в измерительном канале которого расположены носледовательно по ходу излучени  исследуемый фазовый объект и светоделительное устройство, а опорный канал содержит отражающий элемент , фазосдвигающее устройство, а также общие дл  обоих каналов элемент совмещени  пучков и фотодетектор, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  чувствительности измерений путем переноса информации о фазовых сдвигах когерентного излучени  ИК-диапазона на сигнал промежуточной частоты , в каждый канал интерферометра введены акустооптический модул тор и система формировани  светового потока, выполненна  в виде двух фокусирующих элементов, фокусы которых совмещены в плоскости модул тора , причем модул тор установлен по отнощению к падающему световому пучку под углом в так, что

   Sine п

   2Л

   где /. длина волны ИК-излучени , Л - длина волны ультразвука; п - коэффициент преломлени  акустооптического материала.