Методы и средства измерений геометрических параметров объектов с использованием интерферометров

Для прецизионных измерений малых перемещений в неблагоприятных условиях окружающей среды применяют оптические резонаторы Фабри – Перо, состоящие из двух полуотражающих зеркал, расположенных напротив друг друга на расстоянии L. Свет в резонатор поступает от источника с известными характеристиками, например, от лазера. Фотоны, попадая в резонатор, начинают отражаться то от одного, то от другого зеркала. В процессе этих отражений они интерферируют друг с другом, Фактически, резонатор играет роль светового накопителя. За пределы резонатора могут выйти фотоны только определенных частот. Таким образом, можно считать, что интерферометр является частотным фильтром, частота пропускания которого определяется длиной резонатора. При изменении длины резонатора соответственно изменяется и частота выходящего света. Если сделать одно из зеркал подвижным, то, измеряя выходящую частоту импульсов света, можно определять очень малые изменения длины резонатора.

(1.4)

Для используемых на практике резонаторов расстояние между зеркалами составляет порядка одного микрометра, при частоте следования импульсов света от 500 МГц до 1 ГГц.

Таким образом, по разнице частот выходного излучения и сигнала от эталонного источника света можно судить об изменении длины резонатора с точностью, сравнимой с длиной волны света. При этом объектом измерения может быть любая физическая величина, изменение которой приводит к изменению размеров резонатора. Например: механическое напряжение, сила, давление, температура и т.п.

Рис. 1.17. Принцип работы датчика микроперемещений, основанного на использования интерферометра Фабри – Перо: А - многократная интерференция света внутри резонатора;

Б – импульсы света на выходе резонатора.

Благодаря универсальности, такие датчики получили широкое распространение. К их достоинствам можно отнести малые размеры, низкую стоимость, высокую разрешающую способность.