Адаптивный интерферометр для изучения двухволнового взаимодействия на динамических пропускающих голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах

Интерференция волн и колебания. Изучение принципа работы адаптивного интерферометра на попутных пучках. Исследование взаимодействия сигнального светового пучка, с использованием горизонтальной поляризации. Измерения фазовой интерференционной картины.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 08.03.2016
Размер файла 505,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Кафедра электронных приборов (ЭП)

Пояснительная записка к курсовой работе

Адаптивный интерферометр для изучения двухволнового взаимодействия на динамических пропускающих голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах

по дисциплине «Оптическая физика»

Выполнил А.Р.Гнатышин

Руководитель В.И. Быков

2014

РЕФЕРАТ

Курсовая работа

АДАПТИВНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОПУСКАЮЩИЕ ГОЛОГРАММЫ КУБИЧЕСКИЕ ФОТОРЕФРАКТИВНЫЕ КРИСТАЛЛЫ

Источником света служит твердотельный лазер, длина волны которого составляет 532 нм. В установке использовался фотодиод ФД-24К.

Целью работы является: изучение установки и изменение интенсивности интерференционной картины.

В данной работе рассматривается адаптивный интерферометр для изучения двухволнового взаимодействия на динамических пропускающих голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах.

Уровень математического аппарата-интегральный.

Уровень ЭВМ - пакет типа Matcad.

Уровень компьютерной графики - Скриншот,Paint.

Приложен CD - содержащий документ Microsoft word 2007.

Работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft word 2007.

ABSTRACT

ADAPTIVNYY INTERFEROMETR DYNAMIC SKIPPED GOLOGRAMMAY CUBIC PHOTOREFRACTIVE CRYSTALS

The light source is a solid state laser, whose wavelength is 532 nm. The apparatus used photodiode FD - 24K .

The aim is: the study of plant and variation in the intensity of the interference pattern .

This paper describes an adaptive interferometer for studying the two-wave interaction on the dynamic transmission holograms in cubic photorefractive crystals .

Level - mathematical apparatus integral .

Level computer - package type Matcad.

The level of computer graphics - Screenshot , Paint.

Work is done in a text editor Microsoft word 2007.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Интерференция волн

1.2 Колебания

1.3 Интерферометр

1.4 Исследование голографических интерферометров

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Измерение интенсивности фазовой интерференционной картины

2.2 Методика проведения эксперимента

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Адаптивная оптика -- раздел физической оптики, изучающий методы устранения нерегулярных искажений, возникающих при распространении света в неоднородной среде, с помощью управляемых оптических элементов. Основные задачи адаптивной оптики -- это повышение предела разрешения наблюдательных приборов, концентрация оптического излучения на приёмнике или мишени и т. п.[1].

Интерференцией света называется наложение когерентных световых волн, в результате которого происходит перераспределение световой энергии в пространстве, и в одних точках пространства наблюдается усиление световых колебаний, а в других - ослабление. Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз колебаний [2].

Голографическая интерферометрия используется, в частности, для исследования вибраций. Это имеет большое практическое значение для неразрушающего контроля качества деталей. На широко распространенных голографических методах исследования деформаций основан неразрушающий контроль качества изделий в промышленности. Голографическая интерферометрия позволила значительно расширить изучение фазовых объектов. Она успешно применяется в аэродинамических исследованиях и в физике плазмы.

Голография - это универсальный метод регистрации и визуализации, волновых полей с целью выявления необходимой информации как об объекте, являющемся источником излучения, так и о характере волнового поля. Впервые идея голографического метода записи и восстановления изображений была высказана в 1948 г. английским ученым Д. Габором, которому за это открытие в 1971 г. была присуждена Нобелевская премия по физике. В Советском Союзе первые работы по голографии были выполнены Ю. Н. Денисюком в период с 1958 по 1962 гг.[3].

Основной целью курсовой работы является изучение двухволнового взаимодействия на динамических отражательных голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Интерференция волн

Интерференция волн - это явление наложения когерентных волн, свойственно волнам любой природы (механическим, электромагнитным и т.д.)

Когерентностью называют - согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов или свойство, отражающее стабильность фазы одной или нескольких электромагнитных волн.

При наложении когерентных волн в какой-либо точке пространства амплитуда колебаний (смещения) этой точки будет зависеть от разности расстояний от источников до рассматриваемой точки.[4].

1.2 Колебания

Колебаниями называются процессы, которые обладают той или иной степенью повторяемости во времени. Гармоническими называются такие колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону косинуса (синуса)[5].

Для сложения колебаний удобно применять метод векторных диаграмм, который представлен на рисунке 1[6].

Рисунок 1- Сложение комплексных векторов на диаграмме

Суть этого метода в том, что гармоническое колебание представляется при помощи вектора, длина которого равна амплитуде колебания, а направление вектора образует с осью OX угол, равный фазе колебания. Амплитуда и начальная фаза результирующего колебания определяются при помощи векторного сложения. Складываем два гармонических колебания:

x1(t)=A1cos(щ0t+ц01)(1)

x2(t)=A2cos(щ0t+ц02)(2)

При сложении соответствующих им векторов и для момента времени t, проекция результирующего вектора на ось Оx равна сумме проекций складываемых векторов =+. Вектор представляет собой векторное изображение результирующего колебания.Результирующий вектор вращается с той же угловой скоростью что и и.

Результирующее колебание является гармоническим с частотой 0

x(t)=Аcos(щ0t+ц),(3)

где (4)

Амплитуда A результирующего колебания зависит от разности начальных фаз 2 - 1. Так как разность 2 - 1 = const (такие колебания называются когерентными).[2].

1.3 Интерферометр

волна адаптивный интерферометр поляризация

Интерферометр- измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок света пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков.[7].

1.4 Исследование голографических интерферометров

Принцип работы адаптивного голографического интерферометра заключается в следующем. При взаимодействии лазерных пучков (IS и IP на рис. 2) в фоторефрактивном кристалле формируется динамическая голограмма, на которой одновременно происходит самодифракция этих пучков [8,9]. На выходе из кристалла происходит интерференция каждого из прошедших пучков с одним из дифрагировавших пучков, то есть опорный пучок IP0 интерферирует с IS1, а IS0 - с IP1. Интенсивность прошедшего через кристалл сигнального пучка можно представить в виде:

(5)

(6)

где m - контраст интерференционной картины, I0 - суммарная интенсивность пучков IS0 и IP1, а - фазовый сдвиг между ними.

(7)

Рисунок 2 - Схема встречного взаимодействия пучков в фоторефрактивном кристалле.

Если входной сигнальный пучок IS получен отражением от объекта, колеблющегося с частотой ?, то он имеет фазовую модуляцию и его выходная интенсивность после взаимодействия на голограмме со стационарным опорным пучком будет амплитудно-модулированной на частотах n?, кратных частоте модуляции, со спектральным распределением глубины модуляции , зависящим от значения ц0.

Интенсивность сигнального пучка после взаимодействия на отражательной решетке на выходной грани кристалла (вне его, при x =- d), может быть получена в следующем виде:

(8)

где R - френелевский коэффициент отражения;

(9)

IS0- интенсивность сигнального пучка в кристалле на его входной грани (при х = 0); М(n) - относительные амплитуды гармоник, которые зависят от ориентации образца относительно кристаллографических осей.

При линейной поляризации сигнальной волны в плоскости, составляющей угол с кристаллографическим направлением, относительные амплитуды гармоник определяются следующими выражениями [9]:

, (10)

, (11)

. (12)

где Jnn) - функция Бесселя n-порядка, ГI - коэффициент двухпучкового усиления, с - удельное оптическое вращение, d - толщина кристалла.[8,9].

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки для исследования взаимодействия сигнального светового пучка, с использованием горизонтальной поляризации на пропускающих динамических голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах представлена на рис. 3

Рисунок 3. - Схема экспериментальной установки

ЛГ - лазер, КЛ - коллиматор, ОС - оптическое стекло, М1, М2 - зеркала, Кр - кристалл Bi12SiO20 (001), ФВ - фазовращатель, З - затвор для блокирования опорного пучка, П - поляризатор.

Источником света служит лазер на кристалле Bi12SiO20(Силикат Висмута). Длина волны, которого составляет 532 нм. Выходная мощность лазера составляет 40ч400 мВт.

Пучок света проходит через оптическое стекло и делится на 2 пучка опорный и сигнальный.

Два пучка проходят поляризаторы и с помощью зеркал направляются на фоторефрактивную решетку. На выходе сигнал регистрируется фотодиодом (в экспериментах использовались фотодиоды ФД-24К). А также к установке подключается вольтметр, и другое необходимое оборудование.

2.1 Измерение интенсивности фазовой интерференционной картины

При падении на кристалл плоскополяризованных лучей опорной и сигнальной волн твердотельного лазера в кристалле формируется фоторефрактивная решетка, которая имеет различные параметры пропускания при ориентации кристалла вокруг своей оси.

Опорный и сигнальный световые лучи пересекаются под углом 2и и формируют интерференционную картину с периодом Л=л/2sinи. Голографическая решетка, соответствующая данной интерференционной картине, формируется в кристалле благодаря фоторефрактивному эффекту, а именно: изменению показателя преломления среды под действием света и обусловленному фотовозбуждением и пространственным перераспределением носителей заряда.

Меняя ориентацию кристалла, мы изменяем параметры интенсивности фазовой интерференционной картины.

Ориентация кристалла изменяется от 00 до 3600.

2.2 Методика проведения эксперимента

В данном эксперименте исследовалось интенсивность сигнального пучка. В эксперименте использовался образец кристаллаBSO.

Кристалл помещался в специальный держатель так, что выходная и входная грани образца были параллельны кристаллографической плоскости [110].

В эксперименте проводилось исследование интенсивности сигнального пучка при открытой и закрытой шторке, при разной мощности кристалла от 30 мВт до 90 мВт, и изменении ориентации кристалла от 00 до 3600.

С использованием формулы

Г= (2.1)

Г -экспоненциальный коэффициент двухпучкового усиления.

D- толщина кристалла Ниобата Лития 3 мм.

U1- при открытой шторке.

U2 - при закрытой шторке.

Цель проведения эксперимента.

Снять поляризационную характеристику сигнального пучка вращая кристалл от 00 до 3600.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1)Была снята интенсивность сигнального пучка при мощности лазера в 30-40 мВт.

В таблице 3.1 изображены результаты экспериментальных данных снятые с установки адаптивного интерферометра для изучения двухволнового взаимодействия на динамических пропускающих голограммах в кубических фоторефрактивных кристаллах.

Таблица 3.1 Результаты экспериментальных значений при мощности 30-40 мВт.

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

0

44

29

70

24

26

140

26

26

210

28

28

280

32

28

10

36

28

80

29

24

150

24

26

220

28

28

290

31

29

20

31

27

90

29

24

160

24

27

230

30

27

300

31

28

30

30

29

100

29

27

170

24

26

240

31

27

310

31

26

40

30

29

110

28

27

180

23

26

250

32

26

320

29

28

50

26

27

120

27

27

190

24

26

260

31

26

340

28

29

60

26

26

130

27

27

200

26

27

270

31

27

350

28

30

360

30

29

Рисунок 4.- Зависимость экспоненциального коэффициента от угла ориентации.

На рис. 4., черной линией изображен теоретический расчет распределения интенсивности сигнального пучка от ориентации кристалла. График с круглыми точками является расчет экспериментальных данных.

2)Была снята интенсивность сигнального пучка при мощности лазера в 60-65 мВт.

Таблица 3.2 Результаты экспериментальных значений при мощности 60-65 мВт.

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

0

50

76

70

42

43

140

49

46

210

56

59

280

56

59

10

52

70

80

43

45

150

49

46

220

58

64

290

54

56

20

50

56

90

45

46

160

49

43

230

57

68

300

54

54

30

47

49

100

49

50

170

50

42

240

58

69

310

54

54

40

44

44

110

48

49

180

52

42

250

56

67

320

52

52

50

45

45

120

50

51

190

50

48

260

53

64

340

51

56

60

45

48

130

51

50

200

51

53

270

55

62

350

49

54

360

48

54

Рисунок 5 -Зависимость экспоненциального коэффициента от угла ориентации.

3)Была снята интенсивность сигнального пучка при мощности лазера в 80-90 мВт.

Таблица 3.3 Результаты экспериментальных значений при мощности 80-90 мВт.

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

И0

U1,мВ

U2,мВ

0

50

76

70

45

43

140

49

46

210

56

59

280

56

59

10

52

70

80

45

43

150

49

46

220

58

64

290

54

56

20

50

56

90

45

46

160

49

43

230

56

68

300

52

54

30

47

49

100

49

50

170

50

42

240

58

69

310

54

54

40

45

44

110

48

49

180

50

42

250

56

67

320

52

52

50

45

44

120

50

51

190

50

48

260

53

64

340

51

56

60

45

48

130

51

52

200

51

53

270

55

62

350

49

54

360

48

54

Рисунок 6-Зависимость экспоненциального коэффициента от угла ориентации.

4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТА

Были сняты три графика, проанализировав которые можно сказать, что при малой мощности лазера, наши результаты достаточно отличаются от теоретических результатов, при снятии эксперимента с более высокой мощностью лазера 80-90 мВт.

Точность результата намного выше и почти совпадает с теоретическими результатами.

Можно сделать вывод, что при более высокой мощности получаются более точные данные.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной работы было изучено устройство и принцип работы адаптивного интерферометра на попутных пучках. Были проведены измерения фазовой интерференционной картины.

В ходе исследования можно определить, что точность измерений зависит от мощности лазера, чем выше мощность, тем точнее измерения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Ермолаева Е.В., Зверев В.А., Филатов А.А., «Адаптивная оптика».-2012 г, 423 с

2) Лансберг Г.С. Оптика. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2003-848 с.

3) Миллер М. Голография. Л: Машиностроение. 1979- 200 с.

4) Шандаров.С.М., «Введение в оптическую физику», учебное пособие - 2012 г-127 с.

5) Савельев И.В. Курс общей физики. Том I. Механика, колебания и волны, молекулярная физика.- М: Наука, 1970 г, 511c.

6) Колебания Метод векторных диаграмм [Электронный ресурс]:.- Режим доступа: http://www.docme.ru/doc/23254/lekciya-17-kolebaniya--metod-vektornyh-diagramm. Дата обращения 3.05.14, свободный.

7) Коломийцов Ю.В. Интерферометры. - Л.:Машиностроение,1976.-299с.

8) Колегов А.А., Быков В.И., Шандаров С.М., Каргин Ю.Ф. «Адаптивная интерферометрия с использованием голограмм Денисюка в кубических фоторефрактивных кристаллах», учебное пособие, Томск ТМЦДО - 2010 г, 366с.

9) КимР.С., КабановаЛ.А., КолеговА.А., Шмаков C.C. // Частотная характеристика голографического интерферометра, учебное пособие, Томск ТМЦДО - 2010 г, 199с.

10) Шандаров. С.М., Шандаров. В.М., Мендель. А.Е., Буримов. Н.И., «Фоторефрактивные эффекты в электрооптических кристаллах», учебное пособие, Томск ТМЦДО - 2007 г,226с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Принцип действия адаптивного интерферометра. Фоторефрактивный эффект. Ортогональная геометрия взаимодействия световых волн в фоторефрактивном кристалле. Исследование системы регистрации малых колебаний микрообъектов на основе адаптивного интерферометра.

    курсовая работа [4,5 M], добавлен 04.05.2011

  • Оптический диапазон длин волн. Скорость распространения волн в однородной нейтральной непроводящей среде. Показатель преломления. Интерференция световых волн. Амплитуда результирующего колебания. Получение интерференционной картины от источников света.

    презентация [131,6 K], добавлен 18.04.2013

  • Изучение явления интерференции света с помощью интерференционной картины, ее получение по заданным параметрам (на экране не менее восьми светлых полос). Сравнение длины световой волны с длиной волны падающего света. Работа программы "Интерференция волн".

    лабораторная работа [86,5 K], добавлен 22.03.2015

  • Разработка экспериментальной установки на основе адаптивного интерферометра с использованием ортогональной схемы записи динамических голограмм в фоторефрактивном кристалле кубической симметрии. Программно-аппаратный комплекс для автоматизации измерений.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 25.06.2011

  • Когерентные волны. Монохроматические волны различных частот. Получение когерентных световых волн. Контрастность интерференционной картины. Параллельная плоскость симметрии оптической системы. Оптическая длина пути. Интерференция в тонких плёнках.

    реферат [82,7 K], добавлен 11.11.2008

  • Использование прямоугольных кантилеверов с зондом для исследования собственных колебаний микрообъектов. Сущность фоторефрактивного эффекта. Экспериментальное исследование колебаний микрообъектов с помощью адаптивного голографического интерферометра.

    дипломная работа [6,0 M], добавлен 11.06.2011

  • Интерференция световых волн. Опыт Юнга. Методы наблюдения интерференции. Интерференция двух волн на поверхности жидкости, возбуждаемых вибрирующими стержнями. Время когерентности. Длина когерентности. Предельный наблюдаемый порядок интерференции.

    презентация [8,5 M], добавлен 07.03.2016

  • Характеристика интерферометров разных типов, которые различаются они лишь методами получения когерентных волн и тем, какая величина непосредственно измеряется. Ультразвуковой и звездный интерферометр. Область применения интерферометра Жамена, Рэлея.

    курсовая работа [978,8 K], добавлен 22.01.2011

  • Изучение бокового смещения светового пучка при полном отражении. Комплексный вектор рефракции. Возникновение и поляризация неоднородных волн. Их плотность и поток энергии. Полное отражение. Вещественная и мнимая часть комплексного вектора рефракции.

    курсовая работа [585,1 K], добавлен 01.05.2013

  • Экспериментальное наблюдение интерференции света. Окрашивание мыльной плёнки в радужные цвета при освещении. Опыт Юнга. Когерентные волны. Условия максимумов и минимумов освещённости. Расчёт интерференционной картины в экспериментах с бипризмой Френеля.

    презентация [757,6 K], добавлен 23.08.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.