Воздушно-клиновой интерферометр сдвига - Air-wedge shearing interferometer

Рис. 1. Путь луча внутри интерферометра с воздушным клином.

В интерферометр срезающего клина наверное, самый простой тип интерферометр предназначен для визуализации возмущения волнового фронта после распространения через тестовый объект. Этот интерферометр основан на использовании тонкого клиновидного воздушного зазора между двумя поверхностями оптического стекла и может использоваться практически с любым источником света, даже с некогерентным белым светом.

Настраивать

Интерферометр сдвига с воздушным клином описан в[1] и использовался в серии экспериментов, описанных в.[2][3][4][5][6][7][8] Этот интерферометр состоит из двух оптических стеклянных клиньев (~ 2-5 градусов), сдвинутых вместе, а затем слегка разделенных с одной стороны, чтобы создать тонкий клин с воздушным зазором. Этот клин с воздушным зазором обладает уникальным свойством: он очень тонкий (микрометровый масштаб) и имеет идеальную плоскостность (~ λ / 10).

Имеются четыре почти одинаковых по интенсивности френелевских отражения (~ 4% для коэффициента преломления 1,5) от интерферометра с воздушным клином (рис.1):

  1. с внешней поверхности первого стеклоблока
  2. с внутренней поверхности первого стеклоблока
  3. с внутренней поверхности второго стеклоблока
  4. с внешней поверхности второго стеклоблока

Угол между балками 1-2 и 3-4 не регулируется и зависит только от формы клина стекла. Угол между балками 2-3 легко регулируется путем изменения угла воздушного клина. Расстояние между воздушным клином и плоскостью изображения должно быть достаточно большим, чтобы пространственно отделить отражения 1 от 2 и 3 от 4.[уточнить ] Перекрытие лучей 2 и 3 в плоскости изображения создает интерферограмму.

Выравнивание

Чтобы минимизировать аберрации изображения, необходимо разместить угловую плоскость стеклянных клиньев. ортогональный к угловой плоскости воздушного клина. Из-за интенсивности Френель отражения от поверхности стекла зависят от поляризации и угла, поэтому необходимо, чтобы плоскость воздушного клина была почти перпендикулярна падающему лучу (± 5 градусов), чтобы минимизировать изменение интенсивности, вызванное прибором. Это очень важно при подключении интерферометра с воздушным клином к оптике формирования изображений. Интерферометр с воздушным клином имеет очень простую конструкцию и требует всего 2 стандартных стеклянных клина BK7 и 1 держатель зеркала (рис. 3).

Рисунок 3. Пример интерферометра с воздушным клином.

Приложения

Благодаря чрезвычайно тонкому воздушному зазору интерферометр с воздушным клином был успешно применен в экспериментах с фемтосекундными мощными лазерами. На рис. 4 представлена ​​интерферограмма взаимодействия лазера со струей He в вакуумной камере.[2] Зондирующий луч имеет длительность ~ 500 фс и длину волны ~ 1 мкм. Интерферограмма с воздушным клином даже от лазерного луча с очень короткой длиной когерентности демонстрирует четкие и высококонтрастные интерференционные линии.

Рис. 4. Интерферограмма взаимодействия лазерной струи с гелий при +15 пс.

Преимущества

Сдвиговый интерферометр с воздушным клином похож на классический интерферометр сдвига но имеет толщину в микрометрах, может работать практически с любым источником света, даже с некогерентным белым светом, имеет регулируемое угловое разделение луча и использует стандартные недорогие оптические элементы. Замена второго стеклянного клина плоско-вогнутой линзой превратит интерферометр с воздушным клином в поперечный сдвиг в интерферометр с радиальным сдвигом, что важно для некоторых конкретных приложений.

Принцип интерференции от воздушного клина между двумя плоскопараллельными стеклянными пластинами описан в ряде учебников по элементарной оптике.[9] Но это «классическое» расположение воздушного клина никогда не использовалось для интерферометрии с визуализацией поля из-за перекрытия всех четырех отраженных лучей в плоскости изображения. Описанная в этой статье конструкция устраняет это препятствие и делает интерферометр с воздушным клином эффективным для практических приложений с интерферометрией поля визуализации.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Г.С. Саркисов, Сдвиговый интерферометр с воздушным клином для диагностики электронной плотности в плотной плазме, Инструменты и экспериментальные методы, vol.39, No. 5, pp.727-731 (1996).
  2. ^ а б Саркисов, Г. С .; Быченков В.Ю .; Новиков, В. Н .; Тихончук, В. Т .; Максимчук, А .; и другие. (1999-06-01). «Самофокусировка, формирование каналов и генерация высокоэнергетических ионов при взаимодействии интенсивного короткого лазерного импульса со струей He». Физический обзор E. Американское физическое общество (APS). 59 (6): 7042–7054. Дои:10.1103 / Physreve.59.7042. ISSN  1063-651X. PMID  11969693.
  3. ^ Иглесиас, E.J .; Elton, R.C .; Griem, H.R .; Скотт, Х.А. (2003). "Временная интерферометрия срезающего клина и спектроскопия пикосекундной плазмы" (PDF). Revista Mexicana de Fisica. 49 (S3): 126-129.
  4. ^ С.В. Гранов, В. Конов, А.А. Малютин, О. Царькова, И. Яцковский, Ф. Даузинджер, Интерферометрическая диагностика плазмы с высоким разрешением с помощью ультразвуковых импульсов, Лазерная физика, 13, 3, с. 386-396 (2003).
  5. ^ Хии, король Унг; Квек, Куан Хианг (2009-01-08). «Двухпризменный интерферометр для контроля коллимации». Прикладная оптика. Оптическое общество. 48 (2): 397-400. Дои:10.1364 / ао.48.000397. ISSN  0003-6935. PMID  19137053.
  6. ^ Ху, Мин; Куссе, Брюс Р. (2004). «Оптические наблюдения за образованием плазмы и расширением сердцевины проволоки из Au, Ag и Cu с током 0–1 кА на проволоку». Физика плазмы. Издательство AIP. 11 (3): 1145–1150. Дои:10.1063/1.1644582. ISSN  1070-664X.
  7. ^ Иванов, В. В .; Сотников, В. И .; Саркисов, Г. С .; Cowan, T. E .; Bland, S. N .; и другие. (18 сентября 2006 г.). "Динамика массопереноса и магнитных полей в ZPinches с малым числом проводов". Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 97 (12): 125001. Дои:10.1103 / Physrevlett.97.125001. ISSN  0031-9007. PMID  17025975.
  8. ^ Иванов, Владимир В; Альтемара, Сара Д; Астановицкий Алексей А; Саркисов, Геннадий С; Хабуб, Абдельмула; Папп, Дэниел; Киндел, Джозеф М (2010). "Разработка УФ-лазерной зондирующей диагностики для Z-пинчей 1 МА". IEEE Transactions по науке о плазме. Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). 38 (4): 574–580. Дои:10.1109 / tps.2010.2041215. ISSN  0093-3813. S2CID  9937375.
  9. ^ М. Борн и Э. Вольф, Принципы оптики (Издательство Кембриджского университета; 6 выпуск, 1997 г.).