Голографический интерферометр

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в физике горения при исследовании процессов смешения, воспламенения и горения топлив, визуализации факелов пламени, истекающих из форсунок, в экспериментальной газовой динамике, на баллистических установках при изучении обтекания тел при сверхзвуковых скоростях, а также в других аналогичных областях. Задачей предлагаемой полезной модели является расширение технологической возможности голографического интерферометра при голографической визуализации обтекания движущихся тел за счет обеспечения возможности ориентирования объектной ветви вдоль траектории движения тела, при котором волновой фронт просвечивает поток навстречу вектору исследуемого тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью. Технический результат достигается тем, что в голографическом интерферометре, содержащем оптически связанные лазер, светоделитель для образования опорной и объектной ветвей, коллиматоры опорной и объектной ветвей, систему зеркал, установленных вдоль опорной и объектной ветвей, рабочую зону, проекционный объектив и узел регистрации голограммы, согласно предлагаемой полезной модели, система зеркал объектной ветви выполнена в виде первой и второй плоскопараллельных пластин, образующих с оптической осью равные углы, но противоположные по знаку, при этом во второй плоскопараллельной пластине выполнено отверстие, диаметр которого больше диаметра исследуемого тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью, причем система зеркал объектной ветви установлена в рабочей зоне, между коллиматором объектной ветви и проекционным объективом. Посредством голографического интерферометра появляется возможность получать голографические интерферограммы, соответствующие фронтальному просвечиванию газодинамического течения, и тем самым получать количественные сведения о распределении плотности в радиальном направлении. 1 ил.

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в физике горения при исследовании процессов смешения, воспламенения и горения топлив, визуализации факелов пламени, истекающих из форсунок, в экспериментальной газовой динамике, на баллистических установках при изучении обтекания тел при сверхзвуковых скоростях, а также в других аналогичных областях.

Известен голографический интерферометр (см. В.Т.Черных,. «Голографическая интерферометрия фазовых объектов» / Бекетова А.К., Белозеров А.Ф., Березкин А.Н. и др.: - Л., изд. «Наука» Ленинград, отд-ие, 1979 г. с.168-170 и с.212-216), содержащий лазер, коллиматор, светоделитель и систему зеркал в узком пучке для формирования опорной и объектной ветвей (осветительная часть), зеркально-менисковые объективы в объектном пучке между диагональными зеркалами, систему зеркал и светоделитель для формирования опорного и объектного пучков (приемная часть), проекционные объективы и узел регистрации голограммы.

Известен голографический интерферометр (см. В.Т.Черных, А.Ф.Белозеров. Авторское свидетельство SU 469882, МПК G01B 9/02, 05.05.1975), содержащий источник когерентного излучения, светоделительную пластину, оптическую систему для формирования опорного и объектного пучков, дифракционный элемент перед объектом и узел регистрации голограммы.

Наиболее близким техническим решением является голографический интерферометр (см. В.Т.Черных «Исследование движения тел в двухфазовых потоках голографическим методом. / Духовский И.А., Ковалев П.И., Разумовская А.И. Оптика и спектроскопия, т.63, в.5, с.1105-1108, 1987 г.), содержащий лазер, светоделитель для образования опорной и объектной ветвей, коллиматоры для формирования световых полей, систему зеркал, установленных вдоль оптических осей объектной и опорной ветвей, рабочую зону, проекционный объектив и узел регистрации голограммы.

Недостатком известных голографических интерферометров является ограниченные технологические возможности при голографической визуализации обтекания движущихся тел, обусловленные тем, что в этих приборах объектная ветвь может быть направлена только по нормали к вектору скорости потока (движущегося тела, градиента температуры факела), как в меридиональной, так и в сагиттальной плоскостях. Полученные голографические интерферограммы используют для расчета распределение поля плотностей в указанных плоскостях в различных сечениях потока, как в головной ударной волне, так и в следе за движущимся телом.

Однако представляет практический интерес изучение обтекания тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью, в том случае, когда объектная ветвь голографического интерферометра может быть ориентирована вдоль траектории движения тела, а волновой фронт просвечивает поток навстречу (или по ходу) вектору скорости движущегося тела.

Задачей предлагаемой полезной модели является расширение технологической возможности голографического интерферометра при голографической визуализации обтекания движущихся тел за счет обеспечения возможности ориентирования объектной ветви вдоль траектории движения тела, при котором волновой фронт просвечивает поток навстречу вектору исследуемого тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью.

Технический результат достигается тем, что в голографическом интерферометре, содержащем оптически связанные лазер, светоделитель для образования опорной и объектной ветвей, коллиматоры опорной и объектной ветвей, систему зеркал, установленных вдоль опорной и объектной ветвей, рабочую зону, проекционный объектив и узел регистрации голограммы, согласно предлагаемой полезной модели, система зеркал объектной ветви выполнена в виде первой и второй плоскопараллельных пластин, образующих с оптической осью равные углы, но противоположные по знаку, при этом во второй плоскопараллельной пластине выполнено отверстие, диаметр которого больше диаметра исследуемого тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью, причем система зеркал объектной ветви установлена в рабочей зоне, между коллиматором объектной ветви и проекционным объективом.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная оптической схема предлагаемого голографического интерферометра.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - лазер,

2 - светоделитель,

3 - коллиматор объектной ветви,

4 - первая плоскопараллельная пластина (первое зеркало объектной ветви),

5 - вторая плоскопараллельная пластина (второе зеркало объектной ветви),

6 - проекционный объектив,

7 - узел регистрации голограммы,

8 - первое зеркало опорной ветви,

9 - второе зеркало опорной ветви,

10 - коллиматор опорной ветви,

11 - рабочая зона,

12 - отверстие, выполненной во второй плоскопараллельной пластине,

13 - исследуемое тело, движущееся со сверхзвуковой скоростью

Голографический интерферометр содержит оптически связанные лазер 1, светоделитель 2 для образования опорной и объектной ветвей, коллиматор 3 объектной ветви, рабочую зону 11, систему зеркал объектной ветви, проекционный объектив 6 и узел 7 регистрации голограммы, систему зеркал опорной ветви, состоящую из первого 8 и второго 9 зеркал, коллиматор 10 опорной ветви.

Отличием предлагаемого голографического интерферометра является то, что система зеркал объектной ветви выполнена в виде первой 4 и второй 5 плоскопараллельных пластин, образующих с оптической осью равные углы, но противоположные по знаку.

Во второй плоскопараллельной пластине 5 выполнено отверстие 12, диаметр которого больше диаметра исследуемого тела 13, движущегося со сверхзвуковой скоростью.

Система зеркал объектной ветви установлена в рабочей зоне 11, между коллиматором 3 объектной ветви и проекционным объективом 6.

Принцип действия предлагаемого голографического интерферометра состоит в следующем.

Когерентное излучение от лазера 1 с помощью светоделителя 2 делится на опорный W_ОП и объектный W_ОБ световые пучки. Эти пучки поступают в коллиматоры 3 и 10 объектной и опорной ветвей интерферометра, соответственно.

Далее объектный пучок W_ОБ отражается от плоскопараллельной пластины (зеркала) 4, проходит через рабочую зону 11 и, отразившись от плоскопараллельной пластины (зеркала) 5, поступает в проекционный объектив 6. Проекционный объектив 6 сопрягает плоскость рабочей зоны 11 с плоскостью регистрации голограммы в узле 7.

Опорный пучок W_ОП с помощью зеркал 8 и 9 вводится в коллиматор 10. Коллимированный опорный пучок поступает в плоскость регистрации голограммы под некоторым углом к объектному пучку.

Голограмму получают двухэкспозиционным методом.

За время первой экспозиции объект исследования в рабочей зоне 11 отсутствует.

При второй экспозиции в рабочую зону 11 сквозь отверстие 12 в плоскопараллельной пластине (зеркале) 5 поступает тело 13, движущееся со сверхзвуковой скоростью, обтекание около которого исследуется.

Как показано на чертеже, в это время в рабочей зоне 11 распространяется объектный пучок W_ОБ, вектор которого параллелен вектору скорости исследуемого тела 13, но противоположен по направлению.

При восстановлении волновых фронтов с голограммы получают интерференционную картину, полосы которой будут иметь кольцевую форму и соответствовать плоскости наблюдения, перпендикулярной оптической оси объектной ветви. Эти полосы соответствуют линиям равной плотности и будут характеризовать радиальное распределение плотности около исследуемого тела 13.

При исследовании обтекания тел, создающих осесимметричные течения (например, сфера), разброс по траектории движения достаточно мал и диаметр отверстия 12 в плоскопараллельной пластине (зеркале) 5 может превышать на несколько миллиметров диаметр исследуемого тела 13.

При решении других баллистических задач диаметр отверстия 12 должен выбираться с учетом разброса траектории движения исследуемого тела 13.

Таким образом, создан принципиально новый тип голографического интерферометра, позволивший расширить технологической возможности при голографической визуализации обтекания движущихся тел

Посредством предлагаемого голографического интерферометра появляется возможность получать голографические интерферограммы, соответствующие фронтальному просвечиванию газодинамического течения, и тем самым получать количественные сведения о распределении плотности в радиальном направлении.

Голографический интерферометр, содержащий оптически связанные лазер, светоделитель для образования опорной и объектной ветвей, коллиматоры опорной и объектной ветвей, систему зеркал, установленных вдоль опорной и объектной ветвей, рабочую зону, проекционный объектив и узел регистрации голограммы, отличающийся тем, что система зеркал объектной ветви выполнена в виде первой и второй плоскопараллельных пластин, образующих с оптической осью равные углы, но противоположные по знаку, при этом во второй плоскопараллельной пластине выполнено отверстие, диаметр которого больше диаметра исследуемого тела, движущегося со сверхзвуковой скоростью, причем система зеркал объектной ветви установлена в рабочей зоне, между коллиматором объектной ветви и проекционным объективом.