Шестиканальный высокочувствительный адаптивный

УДК 535(06)+004(06)
Р.В. РОМАШКО, М.Н. БЕЗРУК
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток
ШЕСТИКАНАЛЬНЫЙ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ АДАПТИВНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР
ДЛЯ НАНОМЕТРОЛОГИИ
Разработана и реализована шестиканальная адаптивная измерительная система интерферометрического
типа, предназначенная для измерения сверхмалых динамических величин, в частности вибраций, колебаний,
деформаций, перемещений (нано- и субнанометрового диапазона), механических напряжений.
Адаптивная интерферометрическая измерительная система построена на основе использования
динамических диффузионных голограмм, которые формируются в фоторефрактивном кристалле CdTe:V [1].
Голограмма формируется в результате взаимодействия одной опорной волны одновременно с шестью
объектными. Чувствительными элементами адаптивной системы являются многомодовые волоконные
световоды. Внешнее воздействие, которое подлежит измерению, приводит к модуляции фазы в волоконных
световодах. Модуляция фазы с помощью голограммы преобразуется в модулированный по мощности
сигнал.
Интерферометр характеризуется высокой чувствительностью, которая всего в 17 раз ниже максимальной
чувствительности, лишь теоретически достижимой в классическом интерферометре. Такая
чувствительность при обеспечении в сигнальном пучке световой мощности в 1 мВт позволяет в реальных
условиях устойчиво детектировать в широкой полосе частот (до 10 МГц) изменения длины волоконного
световода (вызванные, например, вибрацией) с амплитудой в диапазоне от 5 до 520 нм.
Время записи голограмм при интенсивности излучения 0,3Вт/мм 2 составило 3 мс, что позволило
обеспечить в адаптивном интерферометре частоту отсечки в 700 Гц. Это в свою очередь сделало возможным
обеспечить устойчивую работу многоканального интерферометра в условиях промышленных шумов,
характерная частота которых составляет (50÷100) Гц.
Использование ортогональной геометрии взаимодействия волн, при которой опорный и объектные лучи
пересекаются в кристалле под прямым углом в фоторефрактивном кристалле вдоль основных
кристаллографических осей, позволяет обойтись без традиционно используемого в схемах адаптивных
интерферометров поляризационного фильтра, который вносит значительные потери, снижая тем самым
чувствительность, а также внося поляризационные шумы.
Разработанная многоканальная адаптивная интерферометрическая система была исследована на наличие
в ней перекрестных шумов между каналами. С этой целью в каналы адаптивной системы вносилась фазовая
модуляция на разной частоте (2; 5,5; 9; 12; 16 и 20,5 кГц для каждого канала соответственно) с равной
амплитудой 0,7 радиан. Результаты исследования показали, что в сигнале каждого канала помимо гармоник
основного сигнала присутствуют сигналы на частотах других каналов, что свидетельствует о наличии
перекрестных шумов между каналами. Величина перекрестного шума составила в среднем 5% от основного
сигнала в канале. Было установлено, что наибольший вклад в
перекрестные шумы связан с отражением излучения от торцов
многомодовых волоконных световодов, в которые излучение
вводится посредством шестиканального волоконно-оптического
разветвителя. С целью устранения этого источника шумов торцы
волоконных световодов были обработаны иммерсионным маслом,
что привело к уменьшению величины отраженного излучения, и как
следствие снижению уровня перекрестных шумов, которые составили
менее 0,8%. На рис. 1 представлены осциллограммы сигналов
демодуляции в каждом из 6-ти каналов вместе с их фурье-спектрами.
Как видно, в спектре каждого канала содержится только одна
компонента на соответствующей частоте модуляции.
Разработанная шестиканальная адаптивная измерительная система
может быть использована при неразрушающих исследованиях и
Рис. 1. Осциллограммы сигналов
мониторинге материалов.
каждого канала, и их фурье-спектры
Список литературы
1. Kamchilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Yu.N. Adaptive interferometry with photorefractive crystals // J.
Appl. Phys. 105. P.2-11.