Гетеродинная интерферометрия. 
Оптические измерения. 
Компьютерная интерферометрия

С помощью гетеродинной методики разность фаз или разность оптических путей волновых фронтов можно определять непосредственно [13]. Наиболее важные свойства метода можно рассмотреть на примере интерферометра, схема которого приведена на рис. 2.7. В обоих плечах прибора расположены ячейки Брегга для образования в интерферирующих лазерных пучках разных частотных сдвигов (АсО] и До)₂)? Обозначив через ш оптическую частоту света, излучаемого лазером, через Е, пространственную амплитуду и через ф, фазу оптического поля /-го пучка, можно описать интерференцию двух лазерных пучков во время t как ?| =?о|Соя{(ш + Дсо₁)/ + ф|}_>

Е_г =^{02 cos}{(co + Дсо₂)/ + ф₂} - (2.25).

Фотоэлектрические детекторы вырабатывают фототок 1 = {Е_]+Е_г)

(угловые скобки означают усреднение, возникающее из-за конечных частотных границ пропускания фотодетектора).

Рис. 2.7. Гетеродинный интерферометр Тваймана — Грина.

Подставляя в (2.20) значения (2.18) и (2.19), получим.

Допуская, что границы пропускания фотодетектора позволяют реагировать на частоту (Дсо,-Дсо₂), которая значительно меньше со, можно заметить, что только последний член этого выражения будет определять амплитуду переменного фототока. Детектор, помещенный в некоторую стационарную точку, вырабатывает фототок, пропорциональный фазовому искажению Дф_Л:

Детектор в другой точке выходного пучка вырабатывает соответственно фототок, пропорциональный фазовому искажению Дф_г:

Сигналы (2.26) и (2.27) поступают на фазовый компаратор. При перемещении одного датчика относительно другого на выходе компаратора образуется уровень аналогового напряжения, пропорциональный оптической разности фаз. Метод реализует измерение оптической разности фаз по одному сечению интерферограммы. При высокоскоростных измерениях по всему полю интерферограммы необходимо создавать системы, состоящие из набора параллельно работающих детекторов; при медленно меняющихся процессах применяют электронные сканирующие детекторы (например. электронно-лучевую трубку типа диссектора). Отметим, что применение для этой цели систем детектирования с механическим сканированием подходит только для измерения стационарных объектов.

На рис. 2.8 показана измерительная система с диссектором в качестве сканирующего устройства, разработанная Massie (1980 г.). Оптический луч от лазера разделяется на две составляющие, и в каждую.

Рис. 2.8. Гетеродинный интерферометр на основе электронно-лучевой трубки типа диссектора из них с помощью акустооптических модуляторов вносится частотный сдвиг. В одном из плеч интерферометра Майкельсона полуволновая пластинка поворачивает плоскость поляризации на 90° и далее оба пучка идут по одному направлению, не интерферируя между собой, поскольку плоскости поляризации каждого пучка ортогональны. В селективном интерферометре Твай. мана — Грина один из пучков отражается от тестируемой поверхности, другой — от эталонного зеркала, затем после прохождения линейного поляризатора, ориентированного под углом 45° к обеим плоскостям поляризации, волны интерферируют в выходной плоскости интерферометра. Детектор, помещенный в точку (дг, у), будет выдавать фототок, определяемый (2.26).

Детектор, помещенный в другую точку (дг₀, у₀) выходного пучка, производит сигнал, определяемый выражением (2.27). Эти сигналы поступают на фазовый компаратор, с выхода которого оптическая разность фаз снимается как уровень аналогового напряжения. Измеряя фазу в различных точках (х, у) относительно точки (дго, уо)> можно определить разность фаз оптических волн по полю. Существует методика определения фазовых разностей в интерферометрах, в которых объектная волна модулируется по синусоидальному закону. Точность такого метода авторами оценивается как 0.1… 1.0 нм. В отличие от гетеродинной методики в таких сис темах может использоваться более простой модуля тор.

Итак, фазовый анализ, проводимый с помощью гетеродинной интерферометрии, обеспечивает наибольшую точность по сравнению со всеми известными методами. Однако использование такой технологии требует сложной аппарату ры.