Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ИНТЕРФЕРО́МЕТР

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 11. Москва, 2008, стр. 463

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. И. Малышев, П. В. Короленко

ИНТЕРФЕРО́МЕТР, при­бор, дей­ст­вие ко­то­ро­го ос­но­ва­но на яв­ле­нии ин­тер­фе­рен­ции волн. В со­от­вет­ст­вии с при­ро­дой волн су­ще­ст­ву­ют атом­ный И. (см. Атом­ная оп­ти­ка), ин­тер­фе­ро­метр аку­сти­че­ский и И. для элек­тро­маг­нит­ных волн. К по­след­ним от­но­сят­ся оп­ти­че­ский И. и ра­дио­ин­тер­фе­ро­метр (см. Апер­тур­ный син­тез). Ни­же рас­смот­ре­ны оп­тич. И., кото­рые по­лу­чи­ли наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние как при­бо­ры для из­ме­ре­ния длин волн спек­траль­ных ли­ний и их струк­ту­ры; для из­ме­ре­ния по­ка­за­те­лей пре­лом­ле­ния про­зрач­ных сред; в мет­ро­ло­гии для аб­со­лют­ных и от­но­сит. из­ме­ре­ний длин и пе­ре­ме­ще­ний тел; для из­ме­ре­ния уг­ло­вых раз­ме­ров звёзд (звёзд­ный ин­тер­фе­ро­метр); для кон­тро­ля фор­мы, мик­ро­рель­е­фа и де­фор­ма­ции по­верх­но­стей оп­тич. де­та­лей и пр.

При­ме­не­ние И. в од­но­час­тот­ных ла­зе­рах по­зво­ли­ло су­ще­ст­вен­но улуч­шить и ав­то­ма­ти­зи­ро­вать тех­ни­ку ин­тер­фе­ро­мет­рич. из­ме­ре­ний, по­вы­сить точ­ность из­ме­ре­ния. В ла­зер­ных И. про­из­во­дит­ся фо­то­элек­трич. ре­ги­ст­ра­ция раз­но­сти хо­да, вы­ра­жен­ной не­по­сред­ст­вен­но в дли­нах волн. Соз­да­ны го­ло­гра­фич. И. (см. Го­ло­гра­фи­че­ская ин­тер­фе­ро­мет­рия), по­зво­ляю­щие ре­ги­ст­ри­ро­вать не­боль­шие из­ме­не­ния фор­мы по­верх­но­сти или пред­ме­та, воз­ни­каю­щие в ре­зуль­та­те тех или иных де­фор­ма­ций.

В ос­но­ве ра­бо­ты И. ле­жит про­стран­ст­вен­ное раз­де­ле­ние пуч­ка све­та с по­мо­щью к.-л. уст­рой­ст­ва для по­лу­че­ния двух или бо­лее вза­им­но ко­ге­рент­ных лу­чей, ко­то­рые про­хо­дят разл. оп­тич. пу­ти, а за­тем сво­дят­ся вме­сте, и на­блю­да­ет­ся ре­зуль­тат их ин­тер­фе­рен­ции. Вид ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны за­ви­сит от спо­со­ба раз­де­ле­ния пуч­ка све­та на вза­им­но ко­ге­рент­ные лу­чи, от их чис­ла, их от­но­сит. ин­тен­сив­но­сти, раз­ме­ров ис­точ­ни­ка, спек­траль­но­го со­ста­ва све­та.

Мно­го­лу­че­вые И. ис­поль­зу­ют­ся гл. обр. как спек­тро­мет­ры вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния для ис­сле­до­ва­ния тон­кой струк­ту­ры спек­траль­ных ли­ний (см. Спек­траль­ные при­бо­ры), а двух­лу­че­вые И. яв­ля­ют­ся в осн. тех­нич. при­бо­ра­ми.

Двухлучевые интерферометры

Ес­ли один луч про­хо­дит гео­мет­рич. путь $l_1$ в сре­де с по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния $n_1$, а дру­гой – путь $l_2$ в сре­де с $n_2$, то оп­тич. раз­ность хо­да лу­чей $Δ=l_1n_1-l_2n_2+δ$ оп­ре­де­ля­ет ре­зуль­тат ин­тер­фе­рен­ции. Здесь $δ$ – из­ме­не­ние фа­зы на гра­ни­цах раз­де­ла сред. Ин­тен­сив­ность све­та в дан­ной точ­ке об­ра­зую­щей­ся ин­терфе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны при рав­ных ам­пли­ту­дах $A$ ин­тер­фе­ри­рую­щих лу­чей и $l_1=l_2=l$ оп­ре­де­ля­ет­ся вы­ра­жением: $I=4A^2\cos^2(πΔ/l)$. При $Δ=mλ$ ($m=0,\, ±1,\, ±2,…$ – по­ря­док ин­тер­фе­рен­ции) ин­тен­сив­ность име­ет макс. зна­че­ние – мак­си­мум ин­тер­фе­рен­ци­он­ной по­ло­сы. Раз­лич­ным $m$ со­от­вет­ст­ву­ют по­ло­сы раз­но­го по­ряд­ка. Из­ме­не­ние лю­бой из ве­ли­чин $l,\, n$ или $λ$ при­во­дит к сме­ще­нию ин­тер­фе­рен­ци­он­ных по­лос. Из­ме­ряя ве­ли­чи­ну сме­ще­ния по­лос при по­сто­ян­ных $l$ и $λ$ , оп­ре­де­ля­ют из­ме­не­ние $n$, напр., ин­тер­фе­рен­ци­он­ны­ми реф­рак­то­мет­ра­ми Рэ­лея или Жа­ме­на. Ес­ли из­вест­ны $λ$ и $n$, то по сме­ще­нию по­лос мож­но из­ме­рить гео­мет­рич. дли­ны, для че­го слу­жат ин­тер­фе­рен­ци­он­ные ком­па­ра­то­ры. Так как ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на сме­ща­ет­ся за­мет­но да­же при не­боль­ших (по­ряд­ка $0,1λ$) из­ме­не­ни­ях раз­но­сти хо­да $Δ$, точ­ность из­ме­ре­ния с по­мо­щью И. очень вы­со­ка (по­сколь­ку $λ≈0,5$ мкм).

При ис­поль­зо­ва­нии ис­точ­ни­ка мо­но­хро­ма­тич. све­та в по­ле зре­ния И. на­блю­да­ет­ся боль­шое чис­ло свет­лых и тём­ных ин­тер­фе­рен­ци­он­ных по­лос разл. по­ряд­ков. Ес­ли в И. ис­поль­зу­ют ис­точ­ник бе­ло­го све­та (напр., лам­пу на­ка­ли­ва­ния), то в по­ле зре­ния на­блю­да­ет­ся лишь не­боль­шое чис­ло (8–10) цвет­ных по­лос низ­ко­го по­ряд­ка.

Ме­то­ды, с по­мо­щью ко­то­рых в И. мо­гут быть по­лу­че­ны ко­ге­рент­ные пуч­ки, весь­ма раз­но­об­раз­ны, и по­то­му су­ще­ст­ву­ет боль­шое чис­ло разл. кон­ст­рук­ций И., обыч­но при­спо­соб­лен­ных к из­ме­ре­нию к.-л. од­ной ве­ли­чи­ны ($l,\, n$ или $λ$). По ме­то­ду по­лу­че­ния ко­ге­рент­ных пуч­ков И. де­лят­ся на два ти­па. В од­ном из них ко­ге­рент­ные пуч­ки по­лу­ча­ют­ся в ре­зуль­та­те от­ра­же­ния от двух по­верх­но­стей плос­ко­па­рал­лель­ной или кли­но­вид­ной пла­стин­ки. В И. др. ти­па про­ис­хо­дит ин­тер­фе­рен­ция лу­чей, вы­шед­ших из ис­точ­ни­ка под уг­лом друг к дру­гу (см. Ин­тер­фе­рен­ция све­та). К пер­во­му ти­пу от­но­сят­ся И. Жа­ме­на, Фи­зо, Май­кель­со­на и др., ко вто­ро­му – И. Рэ­лея и др.

Рис. 1. Схема интерферометра Жамена.
 

Ин­тер­фе­ро­метр Жа­ме­на, пред­на­зна­чен­ный для из­ме­ре­ния по­ка­за­те­лей пре­лом­ле­ния жид­ко­стей и га­зов, со­сто­ит из двух оди­на­ко­вых тол­стых стек­лян­ных пла­стин $P_1$ и $P_2$ (рис. 1). Зад­ние по­верх­но­сти пла­стин по­се­реб­ре­ны. Пу­чок све­та от ис­точ­ни­ка па­да­ет под уг­лом, близ­ким к 45°, на пла­сти­ну $P_1$. В ре­зуль­та­те от­ра­же­ния от пе­ред­ней и зад­ней по­верх­но­стей пла­сти­ны $P_1$ воз­ни­ка­ют два па­рал­лель­ных пуч­ка, ка­ж­дый из ко­то­рых, в свою оче­редь, раз­дваи­ва­ет­ся при от­ра­же­нии от двух по­верх­но­стей пла­сти­ны $P_2$. Сред­ние пуч­ки 1 и 2 при на­ло­же­нии друг на дру­га об­ра­зу­ют ин­тер­фе­рен­ци­он­ную кар­ти­ну в фо­каль­ной плос­ко­сти зри­тель­ной тру­бы $T$. Раз­ность хо­да ме­ж­ду ни­ми $Δ=2nh(\cos θ'_2 - \cos θ'_1)$, где h – тол­щи­на пла­стин из ма­те­риа­ла с по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния $n,\, θ_1$ и $θ_2$ – уг­лы па­де­ния на по­верх­но­сти пла­стин $P_1$ и $P_2$; и  – со­от­вет­ст­вую­щие уг­лы пре­лом­ле­ния. Ес­ли пла­сти­ны стро­го па­рал­лель­ны, то $θ'_1=θ'_2$ и $Δ=0$; по­ле зре­ния бу­дет рав­но­мер­но ос­ве­щён­ным. При юс­ти­ров­ке од­ну из пла­стин слег­ка на­кло­ня­ют и в ус­та­нов­лен­ной на бес­ко­неч­ность зри­тель­ной тру­бе вид­ны эк­ви­ди­стант­ные ин­тер­фе­рен­ци­он­ные по­ло­сы. Ес­ли те­перь на пу­ти ин­тер­фе­ри­рую­щих пуч­ков по­мес­тить кю­ве­ты $K_1$ и $K_2$ с ве­ще­ст­ва­ми с из­вест­ным $n_1$ и не­из­вест­ным $n_2$ по­ка­за­те­ля­ми пре­лом­ле­ния, то оп­тич. раз­ность хо­да из­ме­нит­ся и ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на сме­стит­ся на $Δ= (n_2-n_1)l$ ($l$ – дли­на кю­ве­ты). Это по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить $n_2$.

 
Рис. 2. Схема интерферометра Рэлея.

Ин­тер­фе­ро­метр Рэ­лея то­же по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния. Ис­точ­ник све­та $S$ (рис. 2) рас­по­ла­га­ет­ся в фо­каль­ной плос­ко­сти лин­зы $L_1$. Вы­хо­дя­щий из неё па­рал­лель­ный све­то­вой пу­чок по­сту­па­ет на диа­фраг­му с от­вер­стия­ми $S_1$ и $S_2$. Пуч­ки све­та от $S_1$ и $S_2$ про­хо­дят че­рез кю­ве­ты $K_1$ и $K_2$ и об­ра­зу­ют ин­тер­фе­рен­ци­он­ные по­ло­сы в фо­каль­ной плос­ко­сти лин­зы $L_2$. Как и в слу­чае И. Жа­ме­на, при про­хож­де­нии све­та че­рез кю­ве­ты по­яв­ля­ет­ся до­ба­воч­ная раз­ность хо­да $Δ$ и по сме­ще­нию по­лос оп­ре­де­ля­ют не­из­вест­ный по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния.

Рис. 3. Схема интерферометра Физо (для наглядности угол α и размеры дефектов увеличены).
Рис. 4. а – Вид дефектов сверху на контролируемой пластинке; б – сечение эталонной и контрольной пластинок по линии А – А (угол α и размеры дефектов для наглядности сильно увел...

Кон­троль точ­но­сти из­го­тов­ле­ния пло­ских по­верх­но­стей оп­тич. де­та­лей осу­ще­ст­в­ля­ют с по­мо­щью ин­тер­фе­ро­мет­ра Фи­зо (рис. 3). Свет от мо­но­хро­ма­тич. ис­точ­ни­ка $L$ с по­мо­щью кон­ден­со­ра $O_1$, диа­фраг­мы $D$ и объ­ек­ти­ва $O_2$ на­прав­ля­ет­ся па­рал­лель­ным пуч­ком на эта­лон­ную Э и кон­тро­ли­руе­мую К пла­стин­ки (по­ло­жен­ные од­на на дру­гую и об­ра­зую­щие ме­ж­ду со­бой не­боль­шой угол $α$ ) поч­ти пер­пен­ди­ку­ляр­но их по­верх­но­стям. С по­мо­щью по­лу­про­зрач­ной пла­стин­ки П в от­ра­жён­ном све­те на­блю­да­ют­ся ин­тер­фе­рен­ци­он­ные по­ло­сы рав­ной тол­щи­ны. По­ло­же­ния этих по­лос оп­ре­де­ля­ют­ся из ус­ло­вия: $Δ= 2dn+λ /2=mλ= \text{const}$, где $d$ – тол­щи­на воз­душ­но­го кли­на. Ес­ли кон­тро­ли­руе­мая по­верх­ность иде­аль­но пло­ская, то на­блю­да­ют­ся по­ло­сы рав­но­го на­кло­на, имею­щие фор­му пря­мых эк­ви­ди­стант­ных ли­ний, па­рал­лель­ных реб­ру кли­на $(d=\text{const})$, рас­стоя­ние меж­ду ко­то­ры­ми рав­но $z=λ /2α$ (при $α= 10″$ и $λ≈0,5$ мкм, $z=5$ мм). Ес­ли же на кон­тро­ли­руе­мой по­верх­но­сти име­ют­ся к.-л. де­фек­ты, напр. не­боль­шие уг­луб­ле­ния или вы­сту­пы (рис. 4, а,б), или она не стро­го пло­ская, то в об­лас­ти рас­по­ло­же­ния этих де­фек­тов на­блю­да­ют­ся от­кло­не­ния $δz$ от пря­мо­ли­ней­но­сти (рис. 4,в). При этом от­но­сит. ве­ли­чи­на от­кло­не­ния $δz/z$ свя­за­на с вы­со­той или глу­би­ной де­фек­та $δh$ со­от­но­ше­ни­ем $δh=(δ/2)δz/z$. Не­воо­ру­жён­ный глаз мо­жет оце­нить ве­ли­чи­ну $δz/z≈ 0,l$, что со­от­вет­ст­ву­ет ве­ли­чи­не об­на­ру­жен­но­го де­фек­та $δh=λ/20$ (при $λ= 0,633$ мкм, $δh= 0,031$ мкм). Знак от­кло­не­ния по­зво­ля­ет от­ли­чить тип де­фек­та: уг­луб­ле­ние или вы­ступ (рис. 4,в). Ес­ли кон­тро­ли­руе­мая по­верх­ность име­ет фор­му сфе­ры, то ин­тер­фе­рен­ци­он­ные по­ло­сы име­ют фор­му кон­цен­трич. ок­руж­но­стей (см. Нью­то­на коль­ца).

Рис. 5 Схема интерферометра Майкельсона для контроля плоских поверхностей бесконтактным методом.

По­верх­но­сти кон­тро­ли­руе­мой и эта­лон­ной пла­сти­нок в И. Фи­зо из-за ма­ло­сти уг­ла (по­ряд­ка уг­ло­вых се­кунд) поч­ти пол­но­стью со­при­ка­са­ют­ся друг с дру­гом и в про­цес­се юс­ти­ров­ки мо­гут быть по­вре­ж­де­ны. По­это­му для кон­тро­ля по­верх­но­стей час­то ис­поль­зу­ют­ся бес­кон­такт­ные И., по­стро­ен­ные по схе­ме ин­тер­фе­ро­мет­ра Май­кель­со­на (рис. 5). Здесь па­рал­лель­ный пу­чок све­та из объ­ек­ти­ва $O_2$ вход­но­го кол­ли­ма­то­ра па­да­ет на по­лу­про­зрач­ную раз­де­лит. пла­стин­ку П и на­прав­ля­ет­ся к зер­ка­лам $M_1$ и $M_2$, ко­то­ры­ми в дан­ном слу­чае слу­жат эта­лон­ная Э и кон­тро­ли­руе­мая К пла­стин­ки. По­сле от­ра­же­ния от зер­кал-пла­сти­нок оба пуч­ка вновь со­еди­ня­ют­ся раз­де­лит. пла­стин­кой П, на­прав­ля­ют­ся в объ­ек­тив $O_3$ вы­ход­но­го кол­ли­ма­то­ра и ин­тер­фе­ри­ру­ют. При этом оба зер­ка­ла ори­ен­ти­ро­ва­ны так, что­бы кон­тро­ли­руе­мая по­верх­ность К и мни­мое изо­бра­же­ние Э эта­лон­ной по­верх­но­сти Э в раз­де­лит. пла­стин­ке об­ра­зо­ва­ли не­боль­шой воз­душ­ный клин тол­щи­ной в его ср. час­ти (на оп­тич. оси) $d=l_2-l_1$, где $l_1$ и $l_2$ – рас­стоя­ния от раз­де­лит. пла­стин­ки до зер­кал, $l_1=AB,\, l_2=AC$. При ин­тер­фе­рен­ции на­блю­да­ют­ся по­ло­сы рав­ной тол­щи­ны, ло­ка­ли­зо­ван­ные в плос­ко­сти кли­на, мак­си­му­мы ин­тен­сив­но­сти ко­то­рых оп­ре­де­ля­ют­ся из ус­ло­вия $$Δ=2(l_2–l_1)=2d=mλ.$$ Ана­лиз ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны про­во­дит­ся так же, как и в И. Фи­зо. Мо­дер­ни­зо­ван­ный И. Май­кель­со­на, в ко­то­ром од­но из пло­ских зер­кал за­ме­не­но сфе­ри­че­ским, по­зво­ля­ет про­во­дить кон­троль ка­че­ст­ва сфе­рич. (вы­пук­лых или во­гну­тых) зер­кал и ка­че­ст­ва объ­ек­ти­вов. Прин­цип И. Май­кель­со­на ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в ря­де др. тех­нич. И., напр. в И. для из­ме­ре­ния аб­со­лют­ных и от­но­сит. длин кон­це­вых мер. Боль­шое чис­ло ла­зер­ных И. так­же по­строе­но по схе­ме И. Май­кель­со­на. Бла­го­да­ря вы­со­кой мо­но­хро­ма­тич­но­сти и ко­ге­рент­но­сти ла­зер­но­го из­лу­че­ния та­кие И. по­зво­ля­ют про­во­дить из­ме­ре­ния при боль­ших раз­но­стях хо­да, напр. из­ме­рять с вы­со­кой точ­но­стью боль­шие ли­ней­ные пе­ре­ме­ще­ния тел (до­сти­гаю­щие не­сколь­ких мет­ров), про­во­дить про­вер­ку штри­хо­вых эта­лон­ных мер, шкал и др.

Рис. 6. Схематическое изображение (план и боковая проекция) исходного и сдвинутого волновых фронтов с круглой апертурой. Интерференционные полосы возникают в их общей перекрывающейся области.
 

В не­ко­то­рых слу­ча­ях двух­лу­че­вые И. ис­поль­зу­ют­ся в ка­че­ст­ве сдви­го­вых ин­тер­фе­ро­мет­ров, по­зво­ляю­щих по­лу­чить ин­фор­ма­цию об ис­ка­же­нии вол­но­во­го фрон­та све­то­во­го пуч­ка. Эта ин­фор­ма­ция, в свою оче­редь, да­ёт воз­мож­ность оп­ре­де­лить ха­рак­те­ри­сти­ки сре­ды и оп­тич. эле­мен­тов, че­рез ко­то­рые про­хо­дит пу­чок. Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли И. по­пе­реч­но­го сдви­га. Для по­яс­не­ния прин­ци­па их ра­бо­ты счи­та­ют, что ис­сле­дуе­мый вол­но­вой фронт яв­ля­ет­ся поч­ти пло­ским, с не­боль­ши­ми от­кло­не­ния­ми $W(x,y)$ (рис. 6) от плос­ко­сти ($x,y$ – ко­ор­ди­на­ты про­из­воль­ной точ­ки $P$). При сме­ще­нии фрон­та на ве­ли­чи­ну $S$ в на­прав­ле­нии $x$ его по­греш­ность в точ­ке $P$ со­ста­вит $W(x-S,y)$, а ре­зуль­ти­рую­щая раз­ность хо­да $ΔW$ для двух фрон­тов оп­ре­де­лит­ся как $W(x,y) -W(x-S,y)$. Раз­ность хо­да в разл. точ­ках вол­но­во­го фрон­та ΔW=mλΔW=mλ, где $m$ – по­ря­док ин­тер­фе­рен­ци­он­ной по­ло­сы. И. по­пе­реч­но­го сдви­га да­ёт ин­фор­ма­цию об от­кло­не­нии лу­ча в уг­ло­вых еди­ни­цах.

 
Рис. 7. Интерферометр Маха – Цендера: а – обычная схема; б – схема для работы в сдвиговом режиме; 1, 3 – светоделители, 2, 4 – плоские зеркала, 5, 6 – вращаемые плоскопараллельные пластины.

Для ра­бо­ты в сдви­го­вом ре­жи­ме мож­но ис­поль­зо­вать ин­тер­фе­ро­метр Ма­ха – Цен­де­ра, со­стоя­щий обыч­но из двух све­то­де­ли­те­лей (13) и двух пло­ских зер­кал (24) (рис. 7, а). Для это­го в пле­чи И. вво­дят плос­ко­па­рал­лель­ные пла­сти­ны (56), из­го­тов­лен­ные из од­но­го ма­те­риа­ла и имею­щие оди­на­ко­вую тол­щи­ну (рис. 7, б). Ме­няя на­клон плос­ко­па­рал­лель­ных пла­стин, мож­но ме­нять ве­ли­чи­ну по­пе­реч­но­го сдви­га пуч­ков на вы­хо­де ин­тер­фе­ро­мет­ра.

Многолучевые интерферометры

Рис. 8. Схема интерферометра Фабри – Перо.

Са­мым из­вест­ным мно­го­лу­че­вым И. яв­ля­ет­ся ин­тер­фе­ро­метр Фаб­ри – Пе­ро (рис. 8), со­стоя­щий из двух стек­лян­ных или квар­це­вых па­рал­лель­ных пла­стин $P_1$ и $P_2$, рас­по­ло­жен­ных на рас­стоя­нии $h$ друг от дру­га, на внутр. по­верх­но­сти ко­то­рых на­не­се­ны зер­каль­ные по­кры­тия с вы­со­ким (0,85–0,98) ко­эф. от­ра­же­ния. Па­рал­лель­ный пу­чок све­та, па­даю­щий из объ­ек­ти­ва $O_1$, в ре­зуль­та­те мно­го­крат­но­го от­ра­же­ния от зер­кал об­ра­зу­ет боль­шое чис­ло па­рал­лель­ных ко­ге­рент­ных пуч­ков с по­сто­ян­ной раз­но­стью хо­да $Δ=2nh\cos q$ ме­ж­ду со­сед­ними пуч­ка­ми, но разл. ин­тен­сив­но­сти. В ре­зуль­та­те мно­го­лу­че­вой ин­тер­фе­рен­ции в фо­каль­ной плос­ко­сти $F$ объ­ек­ти­ва $O_2$ об­ра­зу­ет­ся ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на в фор­ме кон­цен­трич. ко­лец с рез­ки­ми мак­си­му­ма­ми ин­тен­сив­но­сти, по­ло­же­ние ко­то­рых оп­ре­де­ля­ет­ся из ус­ло­вия $Δ_{\text{макс}}=mλ$ ($m$ – це­лое чис­ло), т. е. за­ви­сит от дли­ны вол­ны. По­это­му И. Фаб­ри – Пе­ро раз­ла­га­ет слож­ное из­лу­че­ние в спектр и при­ме­ня­ет­ся как ин­тер­фе­рен­ци­он­ный спек­траль­ный при­бор вы­со­кой раз­ре­шаю­щей си­лы, за­ви­ся­щей от ко­эф. от­ра­же­ния зер­кал $ρ$ и от $h$, воз­рас­тая с их уве­ли­че­ни­ем. Так, при $ρ= 0,9$, $h=100$ мм, $λ=500$ нм ми­ним. раз­ре­шае­мый ин­тер­вал длин волн $δλ=5·10^{-3}$ нм. Для ис­сле­до­ва­ния спек­тров в ви­ди­мой, ИК и сан­ти­мет­ро­вой об­лас­тях длин волн ис­поль­зу­ют­ся спец. ска­ни­рую­щие уст­рой­ст­ва с фо­то­элек­трич. ре­ги­ст­ра­ци­ей.

Кро­ме И., ос­но­ван­ных на ста­цио­нар­ной ин­тер­фе­рен­ции, су­ще­ст­ву­ют И. на ба­зе ла­зер­ных уст­ройств, ис­поль­зую­щие не­ста­цио­нар­ную ин­тер­фе­рен­ци­он­ную кар­ти­ну. Так, для из­ме­ре­ния не­боль­ших пе­ре­ме­ще­ний и длин де­та­лей при­ме­ня­ет­ся И., дей­ст­вие ко­то­ро­го ос­но­ва­но на за­ви­си­мо­сти раз­но­ст­ной час­то­ты из­лу­че­ния ме­ж­ду со­сед­ни­ми про­доль­ны­ми мо­да­ми ла­зе­ра $f=c/2L$ от дли­ны ре­зо­на­то­ра $L$ ($c$ – ско­рость све­та). По из­ме­не­нию раз­но­ст­ной час­то­ты $Δf$, про­ис­хо­дя­ще­му при пе­ре­ме­ще­нии од­но­го из зер­кал ре­зо­на­то­ра, из­ме­ря­ют ве­ли­чи­ну это­го пе­ре­ме­ще­ния $ΔL=2L^2Δf/c$. Пре­иму­ще­ст­вом та­ких И. яв­ля­ет­ся то, что из­ме­ре­ние ли­ней­ных раз­ме­ров (и пе­ре­ме­ще­ний) сво­дит­ся к оп­ре­де­ле­нию час­то­ты, ко­то­рую мож­но из­ме­рить ра­дио­тех­нич. ме­то­да­ми с вы­со­кой сте­пе­нью точ­но­сти.

Рис. 9. Схема трёхлучевого лазерного интерферометра.

Мно­го­лу­че­вые ла­зер­ные ин­тер­фе­ро­мет­ры ос­но­ва­ны на ре­ги­ст­ра­ции не­ста­цио­нар­ной ин­тер­фе­рен­ции пар­ци­аль­ных све­то­вых пуч­ков. На рис. 9 при­ве­де­на схе­ма трёх­лу­че­во­го ла­зер­но­го И., вы­пол­няю­ще­го функ­цию ак­се­ле­ро­мет­ра. И. пред­став­ля­ет со­бой ре­зо­на­тор, об­ра­зо­ван­ный про­тя­жён­ны­ми зер­ка­ла­ми 1 и 6, в ко­то­ром раз­ме­ще­ны три ак­тив­ных эле­мен­та 2, оп­ре­де­ляю­щие не­за­ви­си­мую ге­не­ра­цию по трём па­рал­лель­ным ка­на­лам I, II, III. В ка­на­лах I и III, иг­раю­щих роль сиг­наль­ных, ус­та­нов­ле­ны чув­ст­вит. эле­мен­ты 3 и 5, ме­няю­щие по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния под дей­ст­ви­ем ус­ко­ре­ния. В ка­на­ле II ус­та­нов­лен опор­ный эле­мент 4, не реа­ги­рую­щий на ус­ко­ре­ние и иг­раю­щий роль ком­пен­са­то­ра, что по­зво­ля­ет по­лу­чить рав­ные (или близ­кие) час­то­ты ге­не­ра­ции во всех трёх ка­на­лах при от­сут­ст­вии ус­ко­ре­ний. Чув­ст­вит. эле­мен­ты обыч­но вы­пол­ня­ют­ся в ви­де пря­мо­уголь­ных со­су­дов, за­пол­нен­ных га­зом. Воз­дей­ст­вие ус­ко­ре­ния на оп­тич. сис­тему при­во­дит к по­яв­ле­нию гра­ди­ен­та дав­ле­ния га­за, что вы­зы­ва­ет из­ме­не­ние по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния в сиг­наль­ных ка­на­лах и, сле­до­ва­тель­но, из­ме­не­ние час­то­ты ге­не­ра­ции. Боль­шая сто­ро­на па­рал­ле­ле­пи­пе­да па­рал­лель­на из­ме­ри­тель­ной оси ($x$ или $y$). Ор­то­го­наль­ная ори­ен­та­ция из­ме­ри­тель­ных осей в ка­на­лах I и III по­зво­ля­ет реа­ли­зо­вать ак­се­ле­ро­метр, реа­ги­рую­щий на две со­став­ляю­щие $a_x$ и $a_y$ про­из­воль­но­го век­то­ра ус­ко­ре­ния. Для из­ме­ре­ния из­ме­не­ний час­тот ге­не­ра­ций в сиг­наль­ных ка­на­лах ге­не­ри­руе­мое в них из­лу­че­ние сме­ши­ва­ет­ся с по­мо­щью сис­те­мы све­то­де­ли­те­лей (710) с из­лу­че­ни­ем опор­но­го ка­на­ла и по­да­ёт­ся на фо­то­при­ём­ни­ки 11, 12, ре­ги­ст­ри­рую­щие све­то­вые бие­ния на раз­но­ст­ных час­то­тах. По ве­ли­чи­не раз­но­ст­ных час­тот оп­ре­де­ля­ют­ся из­ме­не­ния по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния в сиг­наль­ных ка­на­лах и вы­яв­ля­ют­ся со­став­ляю­щие ус­ко­ре­ния $a_x$ и $a_y$.

Все рас­смот­рен­ные вы­ше И. от­но­сят­ся к клас­су ам­пли­туд­ных. В них сна­чала фор­ми­ру­ет­ся ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на, а за­тем ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся рас­пре­де­ле­ние ин­тен­сив­но­сти (в про­стран­ст­ве или во вре­ме­ни) для оп­ре­де­ле­ния из­ме­не­ний в струк­ту­ре ин­тер­фе­рен­ции, про­ис­хо­дя­щих в про­цес­се из­ме­ре­ний.

На­ря­ду с ам­пли­туд­ны­ми И. для оп­реде­ле­ния ха­рак­те­ри­стик ко­ге­рент­но­сти све­то­вых пуч­ков ис­поль­зу­ют­ся так­же ин­тер­фе­ро­мет­ры ин­тен­сив­но­сти. В них ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на не на­блю­да­ет­ся, а не­об­хо­ди­мую ин­фор­ма­цию по­лу­ча­ют, из­ме­ряя кор­ре­ля­цию ин­тен­сив­но­стей, ре­ги­ст­ри­руе­мых дву­мя про­стран­ст­вен­но раз­не­сён­ны­ми при­ём­ни­ка­ми из­лу­че­ния.

Лит.: За­харь­ев­ский А. Н. Ин­тер­фе­ро­мет­ры. М., 1952; Ко­ло­мий­цов Ю. В. Ин­тер­фе­ро­мет­ры. Л., 1976; Кры­лов К. И., Про­ко­пен­ко ВТ., Мит­ро­фа­нов А. С. При­ме­не­ние ла­зе­ров в ма­ши­но­строе­нии и при­бо­ро­строе­нии. Л., 1978; Гуд­мен Дж. Ста­ти­сти­че­ская оп­ти­ка. М., 1988; Ланд­сберг Г. С. Оп­ти­ка. 6-е изд. М., 2003; Бу­ти­ков Е. И. Оп­ти­ка. СПб., 2003.

Вернуться к началу