Способ измерения суммарных потерь в интерферометре с большой базой - RU2757325C1

Описание

Область техники

Заявляемое техническое решение относится к фотометрии и спектрофотометрии, к разделу способов измерения суммарных потерь в оптических приборах.

Уровень техники

Известен способ относящийся к фотометрическим и спектрофотометрическим методам, (патент SU 1165899 А «Способ измерения малых оптических потерь в веществах», МПК G01J 1/04, 1983.11.09; Бухштаб Михаил Александрович). Это техническое решение может быть использовано для определения поглощения излучения в твердых и жидких веществах, например в материалах для волоконных оптических линий связи. Недостатком этого способа является малая точность измерения.

Известно устройство относящиеся к области изучения оптического импульсного излучения, в частности к измерению временных параметров световых импульсов, (патент RU 2452926 C1 «Устройство для прецизионного измерения временных характеристик импульсного оптического излучения», МПК G01J 11/00, 2011.03.15; Берлизов Анатолий Борисович). Это техническое решение на основе интерферометра Фабри-Перо может быть использовано для измерения временных характеристик импульсного оптического излучения, что является одним из требуемых параметров в способе измерения потерь. Из-за того, что недостатком данного решения является наличие высоких потерь, не предоставляется возможным точное измерение суммарных потерь в интерферометре с большой базой

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке метода измерения малых суммарных потерь, до тысячных долей процента, в оптических приборах, таких как интерферометр Фабри-Перо, в том числе, с большой базой.

Данная задача решается, путем настройки источника лазерного светового излучения по частоте и мощности, запуском внутрь интерферометра короткого импульсного сигнала, с длительностью меньшей времени обхода светом двойной длины базы интерферометра Фабри-Перо, и последующей регистрацией на выходе цуга импульсов, уменьшение амплитуды которых связано с суммарными потерями внутри прибора, такими как потери на пропускание, дифракция, рассеяние, и позволяет измерить их суммарное значение.

Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является определение суммарных потерь при обходе светом двойной длины базы интерферометра Фабри-Перо, что является решающим при использовании прибора, например: при измерении воздействия гравитационных волн на устройство.

Осуществление изобретения

Способ экспериментального измерения малых потерь в интерферометре Фабри-Перо с большой базой включает в себя:

1. Настройка источника лазерного импульсного сигнала по частоте ω_e и мощности W₀, для получения на входе интерферометра Фабри-Перо гармонической световой волны с требуемым волновым числом k_e и амплитудой Ε₀, используя соотношения:

ω_e=с * k_e,

где ε₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума, S - площадь зеркал интерферометра Фабри-Перо, с - скорость света в вакууме.

2. Подготовку светового импульсного сигнала с требуемой длиной волны излучения и длительностью сигнала, меньшей по величине длительности обхода светом двойной длины интерферометра, используя соотношения:

λ_е=2π/k_e,

где λ_e - длина волны лазерного излучения.

3. Запуск внутрь интерферометра импульсного сигнала с помощью телескопического оптического устройства, служащего для управления углом расходимости луча.

4. Регистрацию на выходе цуга импульсов, уменьшение амплитуды которых связано с суммарными потерями внутри прибора.

Величину амплитуды можно сравнить с теоретическим расчетом суммарных потерь, по нижеприведенной формуле.

Пусть

α_D=Α(λL/R²)^B=Α/Ν^B - дифракционные потери,

где А и В - постоянные, зависящие от геометрии зеркал,

N=R²/λ - число Френеля,

λ - длина волны,

L - длина резонатора,

R - радиус зеркал. Для плоских круглых зеркал А ≈ 0.2, В ≈ 1.4,

α_R=1-R₀, - потери на отражение, где R₀ коэффициент отражения, тогда суммарные потери можно рассчитать по формуле:

α=λα_R/(2πL)+[λ/(2πL)]A(λL/R²)^B

Разработанный способ позволяет проводить измерение суммарных потерь внутри интерферометра Фабри-Перо, в том числе с большой базой, фиксируя величину на которую уменьшится амплитуда, запущенного в прибор импульсного сигнала, при переотражениях. Что является решающим при использовании устройства в прецизионных измерениях, например: для измерения воздействия гравитационных волн на прибор.

Реферат

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа измерения суммарных потерь в оптических приборах, таких как интерферометр Фабри-Перо, в том числе с большой базой, путем обхода светом двойной длины базы прибора. Способ включает в себя запуск внутрь устройства импульсного сигнала от предварительно настроенного по частоте и мощности источника лазерного излучения, длительность которого меньше времени обхода светом двойной длины базы интерферометра, и регистрацию на выходе цуга импульсов, уменьшение амплитуды которых связано с суммарными потерями внутри прибора и позволяет измерить их величину. Технический результат заключается в повышении точности измерений.

Формула