Теория прохождения лазерного излучения через систему двух фазовых дифракционных решеток

Теория прохождения лазерного излучения

через систему двух фазовых дифракционных решеток.

студентка 5 курса

Научный руководитель – к. ф.-м. н., доцент

1.Постановка задачи

В связи с быстрым развитием нанометрических технологий появилось необходимость в устройствах, которые могли бы измерять малые перемещения физических объектов, возросло количество исследований измерений малых перемещений с высокой точностью в диапазонах менее микрометра. Определение малых перемещений объектов является важной функцией современных автоматизированных систем. Датчики малых перемещений находят широкое применение в приборостроении, машиностроении, строительстве, в системах безопасности и многих других областях. Существует много методов измерений малых перемещений и колебаний, среди которых важное место занимают оптоэлектронные методы. В настоящей работе исследуются оптоэлектронные схемы измерения малых перемещений и колебаний, основанные на двойной дифракции оптического пучка на фазовой дифракционной решетке в виде меандра. В настоящей работе ставилась задача теоретического исследования измерительной системы малых угловых и линейных перемещений на основе двух фазовых дифракционных решеток, а также были выведены формулы описывающие зависимость интенсивности дифракции в первых и нулевом порядках от параметров системы.

2.Описание решения

Для решения задачи была создана блок-схема датчика малых линейных перемещений на основе двух фазовых дифракционных решеток.

Рис. Блок-схема датчика малых линейных перемещений на основе двух фазовых дифракционных решеток с применением упругих подвесов: 1 –полупроводниковый лазер, 2 – коллиматор, 3 – гибкая пластина, 4 – щуп, 5 – линза, 6 – диафрагма, 7 – фотодетектор, Р1 и Р2 – дифракционные решетки.

Взаимодействие лазерного пучка с системой из двух фазовых дифракционных решеток с одинаковым периодом , расположенных на расстоянии друг от друга (схема на рис.). В работе была описана схема, в которой пучок лазерного излучения последовательно проходит через две близко расположенные дифракционные решетки, одна из которых неподвижна, а вторая может перемещаться относительно первой решетки в направлении оси Ох, т. е. поперек штрихов решетки. В полученной дифракционной картине выделяется один из первых дифракционных порядков и направляется на фотодетектор. Интенсивности дифрагированных световых пучков зависят от взаимного положения дифракционных решеток. Это свойство используется для измерений малых линейных перемещений. Если в схеме применяются фазовые дифракционные решетки, имеющие прямоугольную форму в виде меандра, зависимости интенсивностей первых дифракционных порядков от перемещения вдоль оси Ох одной из решеток относительно другой имеют гармонический характер. При этом период функции равен периоду дифракционных решеток . При практическом применении в качестве датчика подобной системы из двух решеток используется только один из множества линейных участков функций . Линейный участок зависимости или используется для преобразования величины смещения одной из решеток в изменение напряжения сигнала на выходе фотодетектора, помещенного в один из первых дифракционных порядков. При проведении измерений необходимо произвести предварительную установку начального положения решеток, которое соответствует середине линейного участка на одной из характеристик .

Окончательный вид формул, описывающие зависимости интенсивностей дифракции в первых и нулевом порядках от параметров системы.

3. Резюме

Проведен теоретический анализ системы из двух фазовых дифракционных решеток с профилем в виде меандра, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, и проведены детальные расчеты формы и линейности характеристик интенсивностей нулевого и первых дифракционных порядков с применением компьютерных алгоритмов в среде Mathcad.