Способ определения разности фаз световых волн

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение информативности за счет определения полной разности фаз путем устранения фазовой неоднозначности. Положительный эффект основан на использовании свойств целых чисел. Формируют не менее двух интерференционных картин, соответствующих значениям угла между направлениями интерферирующих пучков, выбранным из условия, чтобы цепи интерференционных полос не имели целых общих делителей, при этом для каждой интерференционной картины определяют согласно известному способу разность фаз в исследуемых точках в пределах одного периода ее изменения. Принимая во внимание, что определение разности фаз в пределах одного периода ее изменения эквивалентно определению остатка от деления полной разности фаз на длину волны, и имея возможность с достаточной точностью определить фазу исследуемой волны в пределах периода волны источника когерентного излучения, ставят в соответствие ценам интерференционных полос взаимно простые целые числа, что позволяет перейти к определению полной разности фаз путем решения системы сравнений с одним неизвестным. Динамический диапазон, в котором определяется полная разность фаз, задается количеством значащих цифр в целых числах, поставленных в соответствие ценам интерференционных полос. 2 ил. Ј

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 B 21/00

ГОСУДА Р СТ НЕ ННЫЙ КОМИ1 ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4413604/28 (22) 21.04.88 (46) 07.01.91. Бюл. № 1 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.И.Гужов и Ю.Н.Солодкин (53) 531.7 (088.8) (56) Schmidt-Weinmar Н,G. Spatial

distribution of magnitude and phase of

optical-wave fields.-J. Opt. Soc. Am., 1973, v. 63, ¹ 55, р. 547-555. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ

ФАЗ СВЕТОВЫХ ВОЛН (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения я вляется повышение информативности за счет определения полной разности фаз путем устранения фазовой неоднозначности, Положительный эффект основан на использовании свойств целых чисел. Формируют не менее двух интерференционных картин, со-. ответствующих значениям угла между направлениями интерферирующих пучков, Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения полной разности фаз в оптических и голографических интерферометрах при измерениях рельефа поверхностей, деформаций, вибраций и т.п.

Целью изобретения является повышение информативности за счет определения полной разности фаз,путем устранения фазовой неоднозначности.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на

„„5U„„1619033 А1 выбранным иэ условия, чтобы цепи интерференционных полос не имели целых общих делителей, при этом для каждой интерференционной картины определяют согласно известному способу разность фаз в исследуемых точках в пределах одного периода ее изменения. Принимая во внимание, что определение разности фаз в пределах одного периода ее изменения эквивалентно определению остатка от деления полной разности фаз на длину волны, и имея воэможность с достаточной точностью определить фазу исследуемой волны в пределах периода волны источника когерентного излучения, ставят в соответствие ценам интерференционных полос взаимно простые целые числа, что позволяет перейти к определению полной разности фаэ путем решения системы сравнений с одним неизвестным. Динамический диапазон, в котором определяется полная разность фаз, задается количеством значащих цифр в целых числах, поставленных в соответствие ценам интерференционных полос, 2 ил. фиг.2 — графические зависимости фаз световых волн от пространственной координаты.

Способ определения разности фаз заключается в следующем, Формулируют не менее двух интерференционных картин, соответствующих значениям угла между направлениями интерференцирующих пучков, выбранным из условия, что цены интерференционных полос не имеют целых общих делителей.

При этом для каждой интерференционной картины, изменяя фазу одной иэ интерферирующих волн на контролируемую величи1619033 ну, по изменениям яркости в последуемой точке, определяют, используя известные соотношения, разность фаз в пределах одного периода ее изменения. Определяют полную разность фаз световых волн по известной 5 зависимости между числами, соответствующими полной разности фаз, и разностям фаз, определенным в пределах одного периода.

Разность фаз Л0 в пределах одного пе- 10 риода ее изменения определяют по трем интерференционным картинам, полученным в результате сдвига фазы одной из интерферирующих волн на контролируемую величину, имеющую значения д р1, д pz, д рз,, из 15 соотношения

j (1)

20 где !1, !2 и !з — значения яркости в одной и той же точке на трех интерференционных картинах, соответствующих фазовым сдвигам Ж1, А02 и АОЗ. 25

Определение полной разности фаз основано на использовании свойств целых чисел.

Рассмотрим систему сравнений с одним неизвестным Х, но с разными, притом 30 попарно простыми модулями L1, L2, ..., Lk:

Х =- b 1(mod L1)

Х ЬфпосЩ, (2)

I. Х= b<(mod Lk).

Известно, что решение системы (2), т.е. 35 совокупность значений Х, удовлетворяющих этой системе, определяется сравнением:

Х: —:Xo (mod L1L2... Lk), . (3) где ХФМ1М! Ь1+ М2Мг Ь2+ ...+ М М Ь, (4) 40 а числа М! и М! (! = 1, 2, ..., k) определены иэ условий

L1 !2...=УЙ, MIMI =1(mod L(). (5)

При этом единственность системы (2) 45 следует из теоремы: если Ь1, Ьг, ..., bk независимо один от другого пробегают полные системы вычетов по модулям L1, Lz, ..., Lk, то

Хр пробегает полную систему вычетов по модулю L1, L2, ..., Lk. 50

Определение разности фаэ в пределах одного периода.ее изменения эквивалентного опреДелению остатка от деления полной разности фаз на длину волны.

Пусть 55

Х = nil+ гь где Х вЂ” полная фаза; г! — фаза, определенная с точностью до, 2Л ;

4 — длина волны;

ni — число полных длин волн.

Если имеется возможность определить г! с достаточно большой точностью, то можно поставить в соответствие значениям длин волн и фазы, определенной с точностью до 2й, целые числа с определенным количеством значащих цифр и перейти к рассмотренной системе сравнений (2). Чем больше количество значащих цифр, тем больше динамический диапазон, в котором по сочетанию, например, Ь! и bz, взятым при разных длинах волн, можно определить полную разность фаэ.

Из графиков (фиг.2), где, для конкретного примера, фаза р1 имеет период повторения 4, а фаза pz-5, видно, что, как это и следует из теории, каждой паре чисел (р1, ог ) соответствует единственное значение полной фазы р, период повторения которой равен 20, что и составляет предел определения полной фазы.

Устройство для реализации способа содержит источник 1 когерентного света, интерферометр 2, блок 3 внесения контролируемого фазового сдвига и блок 4 определения яркости. Входы интерферометра 2 соединены соответственно с выходами источника 1 когерентного света и блока 3 внесения контроли-, руемого фазового сдвига, а выход- с входом блока 4 определения яркости.

Способ реализуется следующим образом, При определенном значении угла между направлениями интерферирующих в интерферометре 2 пучков получают серию интерферограмм для разных значений фазового сдвига, задаваемого блоком 3 внесения контролируемого фазового сдвига.

Значения яркости в исследуемых точках на разных интерферограммах определяют с помощью блока 4 определения яркости и по этим значениям в соответствии с формулой (1) вычисляют разность фаз в пределах одного периода ее изменения. Затем изменяют значение угла между интерферирующими пучками и аналогичным образом определяют разность фаз в пределах периода ее изменения, Затем по двум значениям разности фаз определяют полную разность фаз световых волн.

Таким образом, по серии интерферограмм, полученной при контролируемом изменении фазы опорной волны, находят с достаточной точностью фазу исследуемой волны в пределах периода волны источника когерентного излучения так, что при выборе определенной точности целые числа, поставленные в соответствие ценам интерфе1619033

Фиг. 1 ренционных полос, взаимно простые, определяют полную разность фаз по полю в диапазоне, задаваемом количеством значащих цифр в целых числах, поставленных в соответствие ценам полос.

Формула изобретения

Способ определения разности фаз световых волн, при котором формируют интерференционную картину, изменяют фазу . одной из интерферирующих волн на контролируемую величину, определяют изменение яркости в исследуемой точке и по известным соотношениям определяют разность фаз в пределах одного периода ее изменения, отличающийся тем, что,сцелью повышения информативности за счет определения полной разности фаз путем устранения фазовой неоднозначности, формируют дополнительно не менее одной интерференционной картины при значениях угла между

5 направлениями интерферирующих пучков, отличающихся от первоначального, при этом разность фаз в пределах одного периода ее изменения определяют для каждого значения угла между направлениями

10 интерферирующих пучков, а значения этих углов выбирают иэ условия, чтобы цены интерференционных полос не имели целых общих делителей, и определяют полную разность фаз световых волн по

15 известной зависимости между числами, соответствующими полной разности фаз, и разностям фаэ, определенным в пределах одного периода.

1б19033

Составитель О. Смирнов

Техред М.Моргентал Корректор Н, Король

Редактор Н, Бобкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 36 Тираж / Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5