Измерение сверхмалых масс
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?о пучка распространяется в направлении опорного пучка и наоборот. Благодаря основному принципу голографии, волновой фронт дифрагировавшей части опорного пучка представляет точную копию недифрагировавшей части объектного пучка. То же остается справедливым для другой пары пучков в кристалле. В результате после кристалла в направлении каждого пучка мы имеем когерентное сложение двух интерферирующих световых пучков с абсолютно одинаковыми волновыми фронтами. Таким образом, проблема сопряжения волновых фронтов в интерферометре на основе голограммы решается автоматически. Это позволяет в частности использовать волны со сколь угодно сложным волновым фронтом как в одном, так и в обоих плечах адаптивного интерферометра без снижения эффективности его работы.
3.3 Ортогональная геометрия взаимодействия световых волн в фоторефрактивном кристалле
Существует несколько схем записи голограмм в фоторефрактивном кристалле: пропускающая, отражательная и ортогональная [15]. Как было показано [16], в широком круге практических задач наиболее перспективной является ортогональная геометрия.
Схема ортогонального взаимодействия световых пучков в фоторефрактивном кристалле представлена на рисунке 10.
Световые лучи приходят в фоторефрактивный кристалл под прямым углом друг к другу, где формируют голографическую решетку, вектор которой направлен к ним под углом 45є. Характер взаимодействия световых пучков определяет их взаимная ориентация по отношению к кристаллографическим осям. Эффективность взаимодействия волн в электрооптическом кристалле существенно зависит от ориентации электрического поля в кристалле, среза кристалла и ориентации голографической решетки относительно кристаллографических осей [16].
Рисунок 10. Схема ортогонального взаимодействия световых пучков в фоторефрактивном кристалле. S - объектная волна, R - опорная, - вектор решетки
В работе использована ориентация кристалла, показанная на рисунке 11. При данной ориентации взаимодействуют S-компоненты объектной и опорной волны, P-компоненты ортогональны и не взаимодействуют. Благодаря этому, в качестве объектной волны может использоваться излучение от диффузно-рассевающих объектов или излучение вышедшей из многомодового волоконного световода.
4. Экспериментальное исследование колебаний микрообъектов с помощью адаптивного интерферометра
4.1 Детектирование и исследование колебаний микрообъектов
4.1.1 Экспериментальная установка
Для исследования колебаний микрообъектов была собранна экспериментальная установка на основе адаптивного голографического интерферометра.
В качестве источника излучения использовался Nd:YAG-лазер, работающий в непрерывном режиме на длине волны 1064 нм, мощностью 25 мВт. Лазерный пучок посредством светоделителя S делился на объектный и опорный. Объектный пучок фокусировался линзой L1 и направлялся на исследуемый объект, закрепленный на калиброванном электродинамическом преобразователе, с помощью которого осуществлялась передача колебаний исследуемому образцу. Вследствие колебаний образца, отраженное от него излучение было модулировано по фазе. Отраженное излучение собиралось линзой L1 и фокусировалось линзой L2 в фоторефрактивном кристалле CdTe. Демодуляция фазы волны, отраженной от объекта, осуществлялась посредством ее взаимодействия с опорной волной на динамической голограмме, формируемой в кристалле. Интенсивность объектного пучка регистрировалось с помощью фотоприемника Thorlabs PDA10CS-ES. Сигнал от фотоприемника поступал в АЦП. Перемещение образцов относительно объектного пучка осуществлялась с помощью системы автоматизированного трехкоординатного моторизированного перемещения.
В силу малых размеров исследуемых объектов необходима сильная фокусировка объектного пучка. Минимальный радиус пучка в месте максимальной фокусировки ограничен дифракционным пределом:
, (20)
где л - длина волны излучения, D - диаметр пучка на входе в фокусирующую линзу, - расстояние от линзы до места максимальной фокусировки.
Исходя из выражения (20), была подобранна фокусирующая линза, такая, что диаметр линзы был немного больше входного лазерного пучка, но при этом фокусирующая линза имела минимальное фокусное расстояние (фокусное расстояние 12 мм, диаметр 9 мм). С использованием данной фокусирующей линзы и выполнения точной юстировки размер пучка в месте максимальной фокусировки составил 32 мкм.
Для исследования собственных колебаний микрообъектов экспериментальная установка была модифицирована следующим образом. Возбуждение колебаний исследуемых образцов происходило при помощи импульсного лазера Quantel Ultra Diamond, генерирующего излучение с длиной волны 532 нм и длительностью 7 нс, энергия лазерного импульса составляла 0,8-1,5 мДж. Излучение импульсного лазера расширялось, проходило через фильтры, фокусировалось и зеркалом направлялось на объект.
Как видно из рисунка 12а, излучение импульсного лазера шло по направлению объектного пучка. Та часть излучения, которая доходила до фотоприемника приводила к сильному искажению принимаемого сигнала. Даже, несмотря на сильное поглощение зеленого света в фоторефрактивном кристалле и слабую чувствительность использованного фотоприемника на длине волны 532 нм.
Для исключения влияния излучения импульсного лазера на работу адаптивного интерферометра был использован набор свет