Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів
Химия

Курсова — 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів


Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів

Інтенсивний розвиток цих систем розпочався на початку 80-х років. Побудова голографічних та дифракційних оптичних систем для метрології заснована на отриманні зображень Френеля, або Фур’є об’єкта, що досліджується, з подальшим аналізом їх параметрів фото-електичною вимірювальною системою.
Основною перевагою таких метрологічних систем, перед візуальними оптичними вимірювальними приладами, є висока продуктивність, що дозволяє автоматизувати ряд метрологічних процесів у промисловості. Де потрібна інтегральна комплексна оцінка якості виробу.
Для формування зображень Фур’є або Френеля досліджуваного об’єкта використовують когерентний оптичний спектроаналізатор просторових сигналів, схему побудови і геометричні параметри якого вибирають залежно від характеру завдання, що розв’язується.
В даний час вже стала класичною схемою когерентного оптичного спектроаналізатора (КОС), наведена на рис.1.
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів
Рис.1. Принципова схема когерентного оптичного спектроаналізатора:

  • Лазер;
  • Телескопічна схема Кеплера;
  • Вхідний транспарант;
  • Фур’є-об’єктив;
  • Дифракційне зображення.

КОС складається з розташованих послідовно на одній оптичній осі джерела когерентного випромінювання — лазера 1 та телескопічної системи 2 Кеплера, що формує плоску когерентну світлову хвилю. Ця хвиля падає на вхідний транспарант 3 з фотографічним записом досліджуваного сигналу. Вхідний транспарант 3 розташований у передній фокальній площині фур’є-об’єктива 4 (об’єктива вільного від аберації дісторсії і поперечної сферичної ) з фокусною відстанню
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів. На вхідному транспаранті 3 світлова хвиля дифрагує, і фур’є-об’єктивом 4 задній площині 5 формується дифракційне зображення досліджуваного сигналу, яке є його фур’є-образом і описується виразом
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів,

де А0 -амплітуда плоскої монохроматичної світлової хвилі в площині
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів;

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів — довжина хвилі;

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів — Просторові частоти, рівні
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів і
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів ,

де х2, у2 — просторові координати у площині 5.

Таким чином, розподіл комплексних амплітуд світлових полів у задній та передній площинах фур’є-об’єктиву 4 оптичної системи пов’язані між собою парою перетворень Фур’є. Поле в задній фокальній площині є просторовим амплітудно-фазовим спектром сигналу, вміщеного в його передній фокальній площині.

Описана вище оптична система виконує спектральне розкладання просторового сигналу і є когерентним оптичним спектроаналізатором. Він дозволяє аналізувати одночасно амплитудний і фазовий спектри як одновимірних, так і двовимірних просторових сигналів.

Існує два основні різновиди схем побудови лазерних дифрактометрів. Ці схеми представлені на рис.2 та рис. 3.
За умови фокусування оптичної системи, представленої на рис.2, в ній здійснюється спектральне перетворення Фур’є, що формується в площині х3у3, над сигналом поміщеним у вхідній площині х1у1. Однак, фур’є-образ сигналу в такій системі містить квадратичну модуляцію фази хвилі через наявність фазового співмножника, що стоїть перед інтегралом у виразі:

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів (2.1).

Цей вираз описує просторовий розподіл комплексних амплітуд світлового поля в площині х3у3 спектрального аналізу і містить ряд взаємонезалежних квадратичних фазових співмножників.

Наявність фазової модуляції фур’є-образу призводить до того, що при реєстрації його методами голографії в результуючій інтерферограмі виникають додаткові аберації, що впливають на його якість. Ця фазова модуляція також має важливе значення і може бути опущена у разі подальших перетворень деталями оптичної системи фурье-образа сигналу. Але це модуляція можна усунути за відповідному виборі геометричних параметрів оптичної системи, тобто.
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів, при
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів. (2.2).
Таким чином, квадратична фазова модуляція фур’є-образу усувається лише у двох випадках:

  • при розміщенні сигнального транспаранта в передній фокальній площині фур’є-об’єктиву, що повністю збігається з отриманими раніше результатами досліджень, але тільки для КОС з плоскою хвиль-ною у вхідній площині, тобто. при
    Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів.
  • при
    Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів, тобто. площина х3у3 спектрального аналізу повинна співпадати з площиною х2у2 розміщення фур’є-об’єктиву, що фізично нереалізовано в оптичній системі, згідно з умовою Гауса.

Враховуючи вирази
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів і (2.2) можемо перетворити (2.1) на вигляд:
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів (2.3),
звідки видно, що квадратичні фазові спотворення фур’є-образу сигналу усуваються не тільки при освітленні вхідного транспаранта плоскою, а й сферичною хвилею.
За умови фокусування оптичної системи, показаної на рис.3, у ній здійснюється спектральне перетворення Фур’є, що формується в площині х3у3 над просторовим сигналом, поміщеному в площині х2у2. Однак, фур’є-образ сигналу в такій системі містить квадратичну модуляцію фази хвилі через наявність фазового співмножника. Наявність фазової модуляції фур’є-образу сигналу призводить до додаткових аберація інтерферограми при реєстрації методами голографії. Ця модуляція має важливе значення і не може бути опущена. Модуляція може бути усунена на оптичній осі системи і при
Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів, тобто. при фокусуванні оптичної системи на безкінечність. Але в цьому випадку оптична система не здійснюватиме спектральне перетворення Фур’є.
Для оптичної системи КОС, представленої на рис.3, квадратичні фазові спотворення, що призводять до абераційних спотворень фур’є-образу сигналу, не можуть бути усунені лише шляхом відповідного вибору геометричних парметрів оптичної системи. Для усунення цих спотворень необхідно оптичну систему доповнити коригуючим фільтром з фазовою характеристикою, пов’язаною до квадратичних фазових спотворень фур’є-образу сигналу.
Отже можна зробити висновки:

  • Квадратичні фазові спотворення фур’є-образу сигналу усуваються шляхом відповідного вибору геометричних розмірів оптичної системи, але лише для КОС, виконаного за схемою «вхідний транспарант — перед фур’є-об’єктивом».
  • При розташуванні ЛЗ у передній фокальній площині фур’є-об’єктиву масштаб її дифракційного зображення не залежить від радіусу хвилі, що освітлює, а визначається величиною фокусного відстані і довжиною хвилі випромінювання лазера. Це дозволяє розширити дифракційну смугу аналізу шляхом збільшення радіусу освітлювальної хвилі, не змінюючи, при цьому масштаб дифракційного зображення.
  • При освітленні ЛЗ, розташованої в передній фокальній площині фур’є-об’єктива, плоскою світловою хвилею, похибка просторової частоти залежить лише від довжини хвилі випромінювання лазера та фокусного відстані фур’є-об’єктива, що дозволяє забезпечити її зменшення шляхом збільшення
    Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів і
    Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів.

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів

Рис.2. Схема КОС із вхідним транспарантом перед фур’є-об’єктивом

Курсова - 2. Огляд схем побудови лазерних дифрактометрів

Рис.3. Схема КОС із вхідним транспарантом за фур’є-об’єктивом

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *