Способ определения времени задержки фазы монохроматического оптического излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9)6 01 3 7/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ опт Изоб ческим из вано для фазы мон лучения в Цель сти опре монохро ния.рных зер- ндииода зоно диром, про- ется ойс На чертеже ва, реализующеУстройство диод 1, помеще зрачным окном полупрозрачны щие линзы 7 и световод 9, опт приведена схема устрго способ.содержит первый лаэнный в термошкаф 2, второй лазерный де зеркала 4, 5 и б, согл8, исследуемый волокический аттенюатор 1 ерныи с проиод 3, асую- онный(71) Винницкий политехнический институт (72) Ю,А.Скрипник, И,Ю.Скрипник, В.Я,Супьян, И.А,Гуцало, С.Н,Горбатюк (56) Новицкий Л.АГоменюк А,СЗубарев В,ЕХорохоров А,МОптико-электронные проборы для научных исследований, М.: Машиностроение, 1986 г., стр, 270-279, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ ФАЗЫ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к оптико-техническим измерениям, Сущность изобретения; способ измерения основан на генерировании оптических излучений двух близких частот двумя лазерными диодами с последующим разделением каждого излучения на зондирующий и опорный сигналы, совмещении зондирующих сигналов, один иэ которых прошел ретение относится к оптико-технимерениям и может быть испольэоопределения времени задержки ахроматического оптического изволоконных световодах,изобретения - повышение оделения времени задержк ы матического оптического еисследуемую среду, а второи ический аттенюатор до образования интерференционной картины, совмещения опорных сигналов также до образования интерференционной картины, преобразовании биений интенсивности интерферирующих излучений в электрические сигналы разно- стной частоты оптических излучений, измерений фазометром фаэ электрических сигналов, После измерения разности фаз Лу 1 измеряют раэностную частоту ЛЬ оптических излучений, а затем нагревают первый диод до получения измененной разности фаз Ьа, превышающей Лр на величину, кратную порогу чувствительности фазометра, но в пределах шкалы однозначного показания, Затем измеряют значение разностной частоты Л Ч 2 оптических излучений, а измеряемое время задержки определяют из соотношения, приведенного в описании изобретения. 1 ил. кало 11, первый 12 и второй 13 приемники оптического излучения, фильтры 14, 15 нижних частот, цифровой фаэометр 16 и электронно-счетный частотомер 17,Сущность способа состоит в следуюИзлучения двух однотипных Мазе диодов разделяются полупрозрачными калами на зондирующие и опорные. Зо рующее излучение первого лазерного д проходит через исследуемую среду, а дирующее излучение второго лазерног ода ослабляется оптическим аттенюато фазовый сдвиг оптического излучения, шедшего исследуемую среду, определя его задержкой т, частотой колебаний имеет вид(1 О) 2 л(ЛМ 1 - ЛРэ ) Ф 2 =2 КР 37,Ф 1 =2 лР 1 т=2 д(пР 1) (1) где и - целое число фазовых циклов в 2 л; Р 1 - дробная часть последнего фазового цикла.В результате совмещения задержанного оптического излучения частоты м 1, с оптическим излучением ь 2 третьим полупрозрачным зеркалом, образуется интерференционная картина, интенсивность интерференционных полос которой периодически изменяется с частотой биений ЛР 1 =и - г 2. Аналогичная интерференционная картина образуется при совмещении опорных оптических излучений частоты И и ю 2 с помощью второго полупрозрачного зеркала, При этом фазы биений определяются разностью фаз совмещенных оптических излучений 01 и р.Биения интенсивностей интерферирующих излучений диодов преобразуются в электрические сигналы первым и вторым приемниками оптических излучений, низкочастотные сигналы на выходе которых имеют вид О ф) = О п 11 соз(2 к Лю т + Ф 1 - у + 62)== Огп 1 соз(2 л Л ю 1 т + 2 к Р 1 т - ф 1 + Ъ),30 О 2(т) = Ощ 2 соз(2 л ЛР 1 т - ф 1 + й) (3) Так как фазометр измеряет разность фаз электрических сигналов разностной частоты Лу 1 в пределах 3600, то измеренную разность фаз согласно (1) можно представить в виде Л р 1 = 2 л Р 1 = 2 л (И г- и). (4) 4Одновременно измеряется разностная частота оптических излучений.Далее первый лазерный диод нагревается, путем плавного повышения темпера туры на величину ЬО. В результате нагрева первого лазерного диода частота его излучения изменяется до значения гЗ, При этом фазовый сдвиг, вносимый исследуемым волоконным световодом, принимает значение 50. а частота биений становится равной Лэ =з - . 55 Нагрев первого лазерного диода осуществляется до получения изменений разности фаз, которая превышает первоначальную разность фаз на величину кратную периоду чувствительности фазометра, но в пределах шкалы однозначности показаний где д - порог чувствительности фазометра; К - коэффициент, учитывающий уровень помех и шумов на выходе приемника излучения, который выбирается в пределах 10- 100, что практически исключает влияние случайных изменений разности фаз из-за действия помех на точность определения задержки.При выполнении условия (6), вносимый фазовый сдвиг(5) можно представить в виде Ф = 2 лайз т = 2 л(п + Р 2), (7) где Р 2 - дробная часть последнего цикла при измененной разности фаз,Измеряется измененное значение разности фаз, которое с учетом выражения (7) принимает видЛ О 2 = 2 ж Рг = 2 л ( мз т - и). Одновременно измеряется соответствующее значение разностной частоты Лю 2 оптических излучений,Затем определяется разность выражений (4) и (8) Лр 1 - Аа = 2 л(и - юз) т, Из выражения (9) следует, что Из выражения (10) следует, что результат измерения не зависит от целого числа фазовых циклов п, а следовательно, от соотношения длины исследуемого волоконного световода и длины волны 1 оптического излучения,Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.Излучения лазерных диодов 1 и 3 разделяются полупрозрачными зеркалами на зондирующие и опорные, Зондирующее излучение диода 1 через согласующие линзы 7 и 8 проходит через, волоконный световод 9 и совмещается с зондирующим излучением диода 3, прошедшего оптический аттенюатор 10 и отраженное зеркалом 11 на полупрозрачное зеркало 6, Результирующее зондирующее излучение и реобразуется приемником 12 оптического излучения в электрический сигнал, который1809327 Формула изобретения Способ определения времени задержки фазы монохроматического оптического излучения, включающий нагревание одной части излучения первого лазерного диода через исследуемую среду, одной части излучения вторичного лазерного диода через оптический аттенюатор, совмещение излучений первого и второго лазерных диодов, совмещение других частей излучений первого и второго лазерных диодов непосред 30 оставитель М.Кисляковехред М.Моргентал Корректор Л.Пилипеко едактор В,Тычын Заказ 1281 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго,Гагарина, 101 после прохождения фильтра 14 нижних частот воздействует на один вход фаэометра 16. Опорные оптические излучения, совмещенные полупрозрачным зеркалом 5, преобразуются в электрический сигнал приемником 13 оптическОго излучения, который после прохождения фильтра 15 нижних частот воздействует на второй вход фаэометра 16. Разностные частоты измеряются электронно-счетным частотомером 17.Таким образом, повышение точности определения времени задержки фазы моно- хроматического Ьптического излучения достигается эа счет разделения оптических излучений без использования узкополосных оптических фильтров, что исключает дополнительные фазовые искажения. ственно до образования соответственно двух интерференционных картин, преобразование биений интенсивности интерферирующих излучений в первой и второй 5 интерференциомных картинах в электрические колебания раэностной частоты излучений первого и второго лазерных диодов, измерение разности фаэ Л р 1 электрических колебаний и вычисление времени задержки,10 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности,дополнительно измеряют разностную частоту ЛИ оптических излучений первого и второго лазерных диодов, изменяют частоту излучения первого 15 лазерного диода путем его нагрева до получения разности фаэ электрических колебаний Л рг, превышающей значение разности фаз Л р 1 на величину, кратную порогу чувствительности фазометра в пределах одно значности показания фазометра, при этомизмеряют значение разностной частоты Ьэ оптических излучений первого и второго лазерных диодов, а время задержки т фазы излучения первого лазерного диода вычис ляют иэ соотношения