Способ стабилизации голографических установок

 

Изобретение относится к области оптической голографии и может быть использовано при записи и синтезе голограммных оптических элементов таких, как голографические дифракционные решетки, голографические линзы и т.д. Цель изобретения повышение точности стабилизации голографических установок. Цель достигается тем, что формируют муаровые полосы большого периода с помощью вспомагательного дифракционного элемента, установленного в стабилизируемое поле интерференционных полос, на управляющий элемент подают модулирующее синусоидальное напряжение заставляющее интерференционные и муаровые полосы перемещаться в пространстве по гармоническому закону с амплитудой, меньшей их периода, фотоприемником преобразуют распределение интенсивности муаровых полос в сложной гармонический сигнал, из которого выделяют корректирующий сигнал, пропорциональный смещению интерференционных полос, корректирующий сигнал усиливают и подают с обратным знаком на управляющий элемент, при этом в качестве вспомогательного дифракционного элемента используют дифракционную решетку, согласованную по периоду с периодом интерференционного поля, на управляющий элемент дополнительно подают модулирующее синусоидальное напряжение 2 амплитуду модулирующих перемещений интерференционных полос выбирают из определенных условий. 2 ил.

Изобретение относится к области оптической голографии и интерферометрии. Цель изобретения повышение точности стабилизации голографических установок. На фиг. 1 изображена оптико-электронная схема стабилизированной голографической установки; на фиг.2 график соотношения между индексами модуляции. Оптико-электронная голографическая установка состоит из лазера 1, с длиной волны , полупрозрачного разделительного зеркала 2, отклоняющих зеркал 3 и 4, одно из которых 4 связано с пьезокерамическим преобразователем (ПКП) 5, фотопластинки 6, предназначенной для регистрации голограммы, вспомогательной решетки 7, установленной вместе с фотопластинкой в интерференционное поле, собирающей линзы 8, фотоприемника 9, селективного усилителя 10, настроенного на частоту 2, фазометра 11, генераторов модулирующих напряжений с частотами 12 и 2 13, высоковольтного усилителя 14. Установка работает следующим образом. При одновременном воздействии на ПКП синусоидального напряжения частоты с амплитудой a и частоты 2 с амплитудой a_r. Сигнал на выходе фотоприемника можно представить в следующем виде: U1+cos2 + asint + a₂sin2t (1) где х величина смещения интерференционных полос, которую необходимо скорректировать; d период интерференционного поля. Раскладывая (1) в ряд Фурье и выделяя с помощью селективного усилителя только члены, содержащие частоту 2, имеем следующее выражение для измерительного сигнала: U2IaIacos2t+2IaIacos2tcos2 2aIasin2tsin2 (2) где I₀, I₁, I₂ функции Бесселя 0-го, 1-го, 2-го порядков. При выполнении следующего условия: I_o(2/a₂)I₂(2/a)+I₂(2/a₂)x xI₂(2/a)= I₁(2/a₂)I_o(2/a)= A выражение (2) приобретает следующий вид: U Acos2t+ 2 Таким образом, измерительный сигнал имеет постоянную амплитуду, а его фаза линейно связана с измеряемым смещением. Для выделения фазового слагаемого используется фазометр, сравнивающий измерительный сигнал U₂ с модулирующим сигналом на частоте 2. Корректирующий сигнал с фазометра, пропорциональный х, усиливается и подается с обратным знаком на ПКП, замыкая цепь обратной связи и компенсируя измеренное смещение интерференционных полос х. Из выражения (3) можно определить требуемые соотношения между значениями амплитуд модуляции a и a₂, при которых справедливо выражение (4) для измерительного сигнала. Рассчитанное на ЭВМ решение уравнения (3) дает следующую зависимость (см. фиг.2), иллюстрирующую принципиальную возможность работы с малыми амплитудами модуляцийa, a₂< 0,1, позволяющими вести запись голограмм практически без уменьшения контраста записываемой интерференционной картины. Для воспроизводства заявляемого способа использовался интерферометр для фазового синтеза голографических дифракционных решеток, в котором интерференция двух плоских волновых фронтов образовывала интерференционное поле с периодом d 1мкм. Фотопластинка, на которую записывалась голографическая решетка, и вспомогательная решетка жестко скреплялись между собой и вносились в интерференционное поле. Зеркало в одном из плеч интерферометра крепилось на пьезокерамическом преобразователе ЦТС-23, на который подавались два синусоидальных сигнала с частотами f 70 Гц и 2f 140 Гц и амплитудами колебаний a 0,1(0,03мкм), a₂ 0,02 (0,006 мкм) согласно фиг.2 (амплитуды электрических сигналов при этом равнялись 40 В и 8 В соответственно). Сигнал с фотоприемника поступал на селективный усилитель У2-8, настроенный на частоту 2f 140 Гц, а затем на фазометр Ф2-1. Аналоговый сигнал с фазометра поступал на вход высоковольтного усилителя, после которого с обратным знаком подавался на ПКП. Экспериментально измеренная погрешность фазовых измерений составляла 3^о. Точность стабилизации положения инетрференционных полос отклонение показаний фазометра от среднего при включенной цепи обратной связи и наличии внешних возмущений была не хуже 4^о. Падение контраста интерференционных полос при включенной фазовой модуляции было не более 3% Временная задержка цепи стабилизации, непосредственно связанная только с частотой модуляции, составляла 2mS, что позволило стабилизировать установку при частотах вибраций до 50 Гц, соответствующих характерным частотам промышленных вибраций. Временная задержка цепи стабилизации известного способа, выбранного в качестве прототипа, составляла 200mS для синхродетектора и 2 с для фоторефрактивного кристалла, что приводило к появлению характерной ошибки стабилизации 10^о, соответствующей синхродетектированию и прогрессивной ошибки 30-40^о в 1 мин, определяемой фоторефрактивным кристаллом.

Формула изобретения

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ УСТАНОВОК, заключающийся в том, что формируют муаровые полосы большого периода с помощью вспомогательной дифракционной решетки, установленной в стабилизируемое поле интерференционных полос, модулируют муаровые полосы с помощью управляющего элемента синусоидальным напряжением частоты , заставляющим интерференционные и муаровые полосы перемещаться в пространстве по гармоническому закону с амплитудой, меньшей их периода, преобразуют распределение интенсивности муаровых полос в сложный гармонический сигнал с помощью фотоприемника, из которого выделяют корректирующий сигнал, пропорциональный смещению интерференционных полос, корректирующий сигнал усиливают и подают с обратным знаком на управляющий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации, вспомогательную дифракционную решетку согласовывают по периоду с периодом интерференционного поля, на управляющий элемент дополнительно подают модулирующее синусоидальное напряжение частоты 2 , амплитуду модулирующих перемещений интерференционных полос выбирают из условий


где , ₂ амплитуды моделирующих перемещений;
l длина волны;
I₀, I₁, I₂ функции Бесселя 0-го, 1-го, 2-го порядка,
соответственно из сложного гармонического сигнала выделяют составляющую с частотой 2 служащую измерительным сигналом, а корректирующий сигнал формируют пропорциональным фазовому сдвигу между модулирующим сигналом с частотой 2 и измерительным сигналом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---