Оптические схемы и статистические характеристики сигнала спекл-интереферометров перемещений

Горбатенко Б.Б., Лякин Д.В., Перепелицына О.А., Рябухо В.П.

Аннотация:
Рассмотрены схемные решения для спекл-интерферометров перемещений, в которых максимальные значения амплитуды выходного фотоэлектрического сигнала достигаются согласованием интерферирующих волновых полей. Проанализированы требования для определения взаимного расположения оптических элементов спекл-интерферометра, опорной и контролируемой поверхностей для расчета оптических схем интерферометров с учетом параметров лазерного гауссова пучка. Получены соотношения для оценки ожидаемых значений (среднего, наиболее вероятного и дисперсии) величины выходного фотоэлектрического сигнала спекл-интерферометров с согласованными интерферирующими полями при гладкой и спекл-модулированной опорных волнах.

Ключевые слова:
спекл-поля, спекл-интерферометр перемещений, гауссов пучок, согласование волновых фронтов, статистические параметры сигнала интерферометра.

Литература:

  1. Laser speckle and related phenomena. Topics in Applied Physics / Ed. J.C.Dainty. V.9. – Berlin: Springer-Verlag, 1975. – 286 p.
  2. Франсон, М. Оптика спеклов / M. Франсон; пер. с англ. – М.: Мир, 1980. – 171 с.
  3. Speckle Metrology (selected papers) / Ed. R.Sirohi. SPIE Milestone Series. 1991. – V. MS35. – 668 p.
  4. Goodman, J.W. Speckle Phenomena in Optics: Theory and Applications / J.W. Goodman – Roberts & Company, Publishers, Englewood, CO, 2006. – 387 p.
  5. Гуров, И.П., Джабиев, А.Н. Интерферометрические системы дистанционного контроля объектов / И.П. Гуров, А.Н.Джабиев – СПб: СПбГИТМО(ТУ), 2000. – 190 с.
  6. Ryabukho, V.P., Klimenko, I.S., Golubentseva, L.I. Interference of laser speckle fields // V.P. Ryabukho, I.S. Klimenko, L.I.Golubentseva // Proc. SPIE. 1994. – Vol. 2340. – P. 513-522.
  7. Аранчук, В.М., Зацепин, Н.Н. О зависимости амплитуды сигнала доплеровского спекл-интерферо­мет­ра от соотношения между размерами спеклов и приемной апертуры / В.М. Аранчук, Н.Н. Зацепин // ЖТФ. 1988. – Т. 58. – Вып. 10. – С. 2060-2062.
  8. Aranchuk, V.M. Signal/noise ratio of Doppler speckle-interferometer for diffuse objects vibration measurement / V.M. Aranchuk // Optics within Life Sciences. – Amsterdam: Elsevier, 1994. – Vol. 3. Optical methods in biomedical and environmental sciences. – P. 361-364.
  9. Веселов, Л.М., Попов. И.А. Измерение частоты и амплитуды вибраций тела методом динамической спекл-интерферометрии / Л.М. Веселов, И.А. Попов // ЖТФ. – 1990. – Т. 60. – Вып. 10. – С. 182-184.
  10. Рябухо. В.П., Ульянов, С.С. Амплитудно-фазовая модуляция сигнала спекл-интерферометра вибраций / В.П. Рябухо, С.С. Ульянов // Письма в ЖТФ. – 1991. – Т. 17. – Вып. 13. – С. 11-16.
  11. Ul'yanov, S.S., Ryabukho, V.P., Tuchin, V.V. Speckle interferometry for biotissue vibration measurement / S.S. Ul'yanov, V.P. Ryabukho, V.V. Tuchin // Optical Engineering. – 1994. – Vol. 33. – No. 3. – P. 908-914.
  12. Пресняков, Ю.П., Щепинов В.П. Использование спекл-эффекта для анализа колебаний шероховатой поверхности / Ю.П. Пресняков, В.П. Щепинов // ЖТФ. – 1997. – T. 67. – Вып. 8. – С. 71-75.
  13. Журавлев, О.А. Разработка автоматизированного метода исследования вибрационных характеристик энергоустановок / О.А. Журавлев, С.Ю. Комаров, К.Н. Попов, А.Б. Прокофьев // Компьютерная оп­ти­ка. – 2001. – Вып. 21. – С. 143-149.
  14. Осипов, М.Н., Попов, М.А. Измерение малых динамических смещений интерферометром Майкельсона со сферическими волновыми фронтами / М.Н. Осипов, М.А. Попов // Компьютерная оптика. – 2007. – Т. 31. – № 4. – С. 55-57.
  15. Горбатенко, Б.Б. Лазерный спекл-интерферометр для измерения температурных изменений меж­элек­трод­ных расстояний ЭВП СВЧ / Б.Б. Горбатенко, И.С. Клименко, В.П. Рябухо, О.В. Серова, Л.А. Сурменко // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. – 1987. – Вып. 7(401). – С. 53-55.
  16. Vikram, Ch. Real-time longitudinal displacement analysis of rough surfaces by observing fringes with in objective laser speckles / Ch. Vikram //Optik. –1983. – Vol. 63. – No. 2. – P.171-175.
  17. Vladimirov, A.P. Using speckle optics for studying the localization and determination of non-reversible deformations / A.P. Vladimirov, A.A. Gorohov, E.N. Galkin, A.L. Lisin. // Proc. SPIE. – 2000. – Vol. 4002. – P. 128-134.
  18. Vladimirov, A.P., Mikushin V.I. Interferometric determination of vector components of relative displacements: theory and experiment / A.P. Vladimirov, V.I. Mikushin // Proc. SPIE. – 1999. – Vol. 3726. – P. 38-43.
  19. Norgia, M., Donati, S., D’Alessandro, D. Interferometric measurements of displacement on a diffusing target by a speckle tracking technique / M. Norgia, S. Donati, D. D’Alessandro // IEEE Journal of quantum electronics. – 2001. – Vol. 37. – No. 6. – P. 800-806.
  20. Зотов, Н.М. Применение лазерной доплеровской анемометрии к исследованию перемещений / Н.М. Зотов, А.С. Пономарев, А.М. Чмутин, В.А. Чуйко // Известия вузов. Приборостроение. – 1987. – Т. 30. – №7. – С. 69-72.
  21. Ryabukho V.P., Ul'yanov S.S. Spectral characteristics of dynamic speckle-fields interference signal for surfaces motion measurements / V.P. Ryabukho, S.S. Ul'yanov // Measurement. – 1992. – Vol. 10. – No. 1. – P. 39-42.
  22. Дубнищев, Ю.Н., Ринкевичюс, Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии / Ю.Н. Дубнищев, Б.С. Ринкевичюс – М.: Наука, 1982. – 303 с.
  23. Ринкевичюс, Б.С. Лазерная диагностика потоков / Б.С. Ринкевичюс – М.: МЭИ, 1990. –288 с.
  24. Ul'yanov, S.S. Speckle-interferometrical method in application to the blood and lymph flow monitoring in microvessels / S.S. Ul'yanov, V.V. Tuchin, A.A. Bednov, et al. – Laser Med. Sci. – 1996. – No. 11. – P. 97-107.
  25. Дубнищев, Ю.Н. Лазерные доплеровские измерительные технологии / Ю.Н. Дубнищев – Новосибирск: Издательство НГТУ, 2003. – 414 c.
  26. Абрамов, А.Ю. Исследование процессов взаимодиффузии в тонких прозрачных средах методами лазерной интерферометрии / А.Ю. Абрамов, О.В. Диков, В.П. Рябухо, А.Б. Шиповская // Ком­пью­терная оптика. – 2008. – Т. 32. – Вып. 3. – С. 253-264.
  27. Рябухо, В.П. Интерференция частично-развитых спекл-полей / В.П. Рябухо // Оптика и спектроскопия. – 1995. – Т. 78. – Вып. 6. – С. 970-977.
  28. Рябухо, В.П. Интерференция спекл-полей в зоне дифракции сфокусированного пространственно–модулированного лазерного пучка на случайном фазовом экране / В.П. Рябухо // Оптика и спектроскопия. – 2003. – Т. 94. – Вып. 3. – С.498-505.
  29. Лякин, Д.В. Лазерная сканирующая интерференционная система для определения толщины слоистых микроструктур / Д.В. Лякин, М.И. Лобачев, А.Ф. Резчиков, В.П. Рябухо, И.Ф. Миненкова // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2003. – № 4. – С. 10-14.
  30. Лякин, Д.В. Лазерный интерферометр с остросфокусированным пучком в системе трех связанных интерферометров / Д.В. Лякин, В.В. Лычагов, В.П. Рябухо, М.И. Лобачев // Компьютерная оптика. – 2006. – Вып. 30. – С.53-61.
  31. Маркузе, Д. Оптические волноводы / Д. Маркузе; пер. с англ. – М.: Мир, 1974. – 576 с.
  32. Гончаренко, А.М. Гауссовы пучки света / А.М. Гончаренко – Минск: Наука и техника, 1977. – 144 с.
  33. Goodman, J.W. Statistical properties of laser speckle patterns / J.W. Goodman // Laser speckle and related phenomena. Topics in Applied Physics /Ed. J.C. Dainty – Berlin: Springer-Verlag, 1975. – Р. 9-77.
  34. Коронкевич, В.П., Ханов, В.А. Современные лазерные интерферометры / В.П. Коронкевич, В.А. Ханов – Новосибирск: Наука, 1985. – 181 с.
  35. Keem, T. Simple real-time method for removing the cyclic error of a homodyne interferometer with a quadrature detector system / T. Keem, S. Gonda, I. Misumi, Q. Huang, T. Kurosawa // Applied Optics. – 2005. – Vol. 44. – No. 17. – P. 3492-3498.
  36. Sun, Q., Wabinski, W., Bruns, T. Investigation of primary vibration calibration at high frequencies using the homodyne quadrature sine-approximation method: problems and solutions / Q. Sun, W. Wabinski, T. Bruns // Meas. Sci. Technol. – 2006. – No. 17. – P. 2197-2205.
  37. Горбатенко, Б.Б. Интерференционный способ измерения относительных перемещений диффузно отражающих поверхностей и устройство для его осуществления / Б.Б. Горбатенко, И.С. Клименко, В.П. Рябухо, Л.А. Сурменко // А.С. № 1374042 (СССР). Опубл. 1988, бюл. № 6.
  38. Веселов, Л.М., Попов, И.А. Информационные свойства нестационарной во времени спекл-картины / Л.М. Веселов, И.А. Попов // Оптика и спектроскопия. – 1993. – Т. 74. – Вып. 6. – С. 1155-1158.
  39. Гудмен, Дж. Статистическая оптика / Дж. Гудмен; пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 528 с. (J.W. Goodman. Statistical optics / John Wiley & Sons. New York, 1985)
  40. Рытов, С.М., Кравцов, Ю.А., Татарский, Б.И. Введение в статическую радиофизику. Ч.2. Случайные поля / под ред. С.М. Рытова – М.: Наука, 1978. – 464 с.
  41. Тихонов, В.И. Статистическая радиофизика / В.И. Тихонов – М.: Радио и связь, 1982. – 624 с.
  42. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский – М.: Сов. радио, 1977. – 608 с.
  43. Angelsky, O.V., Maksimyak, P.P. Optical correlation diagnostics of surface roughness / O.V. Angelsky, P.P. Maksimyak // Handbook of Coherent Domain Optical Methods. Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science / Ed. by V.V. Tuchin – Kluwer Academic Publishers, Boston, 2004. – V.1. – P. 43-92.
  44. Градштейн, И.С., Рыжик, И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И.С. Градштейн, И.М. Рыжик – М.: Наука, 1971. – 1100 с.
  45. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев – М.: Наука, 1986. – 975 с.

© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20