Media-security

СИСТЕМА АДАПТИВНОЙ ФОКУСИРОВКИ ДДЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРА

М.А.Воронцов, Д.В.Пруидзе, В.И.Шмальгаузен

Методы адаптивной оптики находят все более широкое применение в астрономии, голографии и интерферометрии. Основное назначение этих методов состоит в увеличении отношения сигнал/шум при регистрации оптических сигналов. В интерферометрах, предназначенных для измерения амплитуд малых акустических колебаний поверхностей, они позволяют компенсировать шумы, возникающие из-за микросейсмических колебаний, турбулентности среда, в которой распространяется объектный пучок интерферометра, а также шумы, обусловленные шероховатой структурой поверхности объекта.

В /1/ показано, что при работе адаптивной системы в турбулентной атмосфере наибольший выигрыш в отношении сигнал/шум дает компенсация низших аберраций волнового фронта - наклонов и дефокусировки. В интерферометрах роль дефокусировки за счет атмосферной турбулентности не велика, так как диаметр объектного пучка обычно меньше радиуса корреляции флуктуаций показателя преломления. Необходимость адаптивной фокусировки объектного пучка возникает при наблюдении колебаний движущееся шероховатой поверхности. Это можно пояснить следующим образом. Интерференционная картина в плоскости приемника представляет собой случайное поле, сформированное плоской опорной волной и волной, рассеянной объектом.

Согласно теореме Ван-Циттерта-Цернике, радиус корреляции рассеянного объектом поля тем больше, чем меньше характерный размер освещенной области на шероховатом объекте. Следовательно, для увеличения радиуса корреляции, от которого зависит отношение сигнал/шум в интерферометре, необходимо фокусировать

- 175 -

излучение на исследуемую поверхность. Блок-схема системы адаптивной фокусировки приведена на рис.1. Основным ее элементом является пьезокерамическое биморфное зеркало с переменной кривизной 3. Устройство и принцип работы такого зеркала описаны в /2/. На рис.2 представлена полученная экспериментально зависимость дисперсии s ² фототока приемника от смещения объекта из фокальной плоскости. Излучение направлялось на шероховатую поверхность, движущуюся перпендикулярно оси пучка. Максимум кривой соответствует наилучшей фокусировке.

Рис.1. Система адаптивной фокусировки излучения:

1 - источник излучения; 2 - телескоп; 3 - адаптивное зеркало; 4 - шероховатый объект; 9 - генератор; 10 - фильтр низкой частоты; 11 - оконечный усилитель.

Зависимость s ² от ℓ использовалась для фокусировки излучения на шероховатый объект по принципу "апертурного зондирования" /3/. От генератора 9 (рис.1) на адаптивное зеркало 3 подавалось гармоническое напряжение сканирования с частотой ¦ = 200 гц. Это вызывает периодическую дефокусировку излучения на объекте 4 (рис.2). В результате фототок приемника 5 будет промодулирован сигналом сканирования. Эта модуляция выделяется с помощью квадратичного детектора 7 и подается на вход синхронного

- 176 -

детектора 8, опорным напряжением которого служит сигнал сканирования. Напряжение, возникающее на выходе синхронного детектора усиливается усилителем 11 и подается на управляющие электроды адаптивного зеркала.

Рис.2. Зависимость логарифма дисперсии фототока от дефокусировки.

В экспериментах в качестве движущегося шероховатого объекта использовался вращающийся матовый диск из дюралюминия. Оказалось, что система может фокусировать излучение и на неподвижную поверхность. Это объясняется тем, что изменение размера, пятна на объекте в результате сканирования вызывает такой же аффект, что и движение объекта. На рbс.3 представлена зависимость дисперсии фототока s ² на выходе приемника от времени ври включенной и выключенной обратной связи (t₁,t₂) - моменты включения обратной связи. Кружками обозначены соответствующие размера пятна на объекте.

Проведенные эксперименты свидетельствуют о возможности эффективного использования приведенной системы для фокусировки излучения.

- 177 -

Рис.3. Работа системы фокусировки с адаптацией и без адаптации (t₁ и t₂ - моменты включения обратной связи).

Литература

1. pobert j. noll, j.opt..soc. Аmеr., v.66, n 3, р.207, 1976.

2. kokorowski s.a., j.opt soc.amer., v 69, n 3, p.181, 1979.

3. Харди Дж.У. ТИИЭР, т.66, № 6, с.31, 1978.