190712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és lézerinterferométer megadott útszakaszon optikai úthossz mérésére
1 190 712 A találmány méréstechnikára vonatkozik, a tárgya eljárás megadott útszakaszon optikai úthossz mérése és lézerinterferométer az eljárás foganatosítására. A találmány az aerodinamikában gázsűrűség mezők vizsgálatára a gáz csatornákon való átáramlásakor vagy repülőgépek körüláramlásakor alkalmazható, hidromechanikában réteges folyadékok mozgásának vagy felületi hullámok kutatására, továbbá az optikában optikai elemek felületi alakjának és optikai nyersanyagok ellenőrzésére, mechanikában és gépiparban különböző célú tárgyak geometriai paramétereinek meghatározására, azok elmozdulásának és deformálódásának mérésére, valamint a tudomány és technika más területein széles körben alkalmazható. A találmány alkalmazása akkor a leghatásosabb, ha a fény optikai úthosszának érintésmentes automatikus mérése vagy azzal egyértelműen összefüggő paraméter mérése idegen mechanikus, akusztikai, termikus és más hatások jelenlétében szükséges. A fény ő optikai úthosszát egy fénysugár szakaszon belül az útszakasz 1 geometriai hossza, valamint a közeg n törésmutatójának a sugár hosszában ezen útszakaszon való eloszlása határozza meg: 5 = 2n • n • 1 X ahol X a fény hullámhossza. Ha a fénysugár útszakaszának 1 geometriai hossza ismert, a fény ő optikai úthosszának mérési eredménye lehetővé teszi a fénysugár teljes útszakaszán belül a közeg törésmutatójának középérték meghatározását, amely lehetőséget nyújt arra, hogy pl. gáznemű vagy folyékony anyagok sűrűségének középértékét, optikai nyersanyagok vagy vegyi összetételek egyneműségét stb. határozzuk meg, valamint ezeknek az értékeknek a fénysugárra merőleges irányokba való eloszlását, valamint időbeli változásait megállapítsuk. Ha a közeg törésmutatójának eloszlása ismert, a fény mérendő ô optikai úthossza a fénysugár út 1 geometriai hosszának meghatározását teszi lehetővé és az alapul szolgálhat a vizsgálandó tárgy geometriai paramétereinek és elmozdulásának meghatározására. Ennek megfelelően a fény optikai úthosszának mérése aktuális, de viszonylag bonyolult feladatot képez a modern technikában. Több eljárás és berendezés ismert a fény optikai úthoszszának mérésére, amelyek sugárelhajlást, fénytörést, interferenciajelenséget, lézer-, holográfiái, elektronikai és számítástechnikai berendezést alkalmaznak. A „Jenaer Rundschau” 1978. 3. szám 137. oldalán található I. Reinhardt , .Optikai nyersanyagok egyneműségének ellenőrzése” című cikkéből ismertek a Dvorák és Tepler eljárások, melyek megállapítják a fény optikai úthosszának instabilitását a fénynyaláb keresztmetszetében. A Dvorák-eljárásnál a vizsgálandó közeget kis átmérőjű fényforrás és ernyő közé helyezik. A fény optikai úthoszszának a fényforrástól az ernyőig a fénysugárra merőleges irányban történő változása sugáreltérítést idéz elő. Ezért az ernyő azon helyén, amely egy optikai inhomogenitáson áthaladt fénysugár meghosszabbításán található, fényintenzitás csökkenések keletkeznek, amelyek közvetlen függőségben állnak a fény optikai úthosszának egy térbeli koordináta p = (x,y) szerinti másodrendű differenciálhányadostól dj dr2 a fénynyaláb keresztmetszetében. Az intenzitás a fény optikai úthosszától való pontos függősége nagyon összetett, ezért ennél az eljárásnál a kvantitatív adatok közvetlen megszerzése nem lehetséges. A Tepler-e(járásnál a megvizsgálandó közegen áthaladt fény nyalábot fókuszálják, míg a fényforrás képe nem jelenik meg, ezután ezt átalakítják, amíg az ernyőn a vizsgálati darab képe meg nem jelenik. Azon a síkon, amelyen a fényforrás képe megjelent, optikai szűrést végeznek. A legtöbb esetben a zavarmentes fényforrás képét az ernyőig nem engedik át, miközben az optikai inhomogenitás által eltérített fénysugarak az ernyőn az optikai inhomogenitás képét állítják elő világos körvonalak alakjában sötét alapon. Ilyen eljárás azonban érzékeny a fény optikai úthosszának a térbeli koordináta szerinti deriváltjával szemben, azaz az optikai úthossz gradiens mértékével szemben. A gradiens nagysága a fényforrás képének síkjában elhelyezett öv-fényszűrők vagy több nyílással ellátott fényrekeszek elrendezésével megközelítőleg meghatározható. A Tepler-eljárásnál elérhető méréspontosság kicsi és lehetetlennek bizonyult az optikai úthosszát mennyiségileg megvizsgálni homogén optikai közegekben. Ismertek olyan eljárások a fény optikai úthosszának mérésére, amelyek két fénynyaláb a vizsgálandó interferenciáját használják fel, amelyekből az egyik fény nyaláb a vizsgálandó közegen halad át, ahol a homogén közeg törésmutatója ismert és amelyben a fényút geometriai hossza is ismert. Azonkívül az irodalomból ismertek olyan (Michelson-, Mach-Zehnder és hasonló típusú) kétsugaras interférométerek, amelyek ezen eljárások végrehajtására szolgálnak. Az összehasonlító nyaláb, amely az ismert geometriai 10 hosszal rendelkező útszakaszt ismert törésmutatóval rendelkező közegben megtette, fényhullám fáziskésleltetést tapasztal, amely egyenlő a fény ő0 optikai úthosszával, ezen az összehasonlító útszakaszon 2nn0l0 ahol az ismert törésmutató n0. A mérőnyaláb olyan fáziskésleltetést tapasztal, amely egyenlő a ő optikai úthosszái, 1 geometriai hosszal rendelkező mérőútszakaszon n törésmutatóval rendelkező közegben. A mérőnyaláb és az összehasonlító nyaláb hullámfrontjai által olymódon fedik át egymást, hogy interferencia keletkezik és interferenciakép képződik periodikus inten zitás eloszlással J(g). Az interferáló mérő- és összehasonlító nyalábok keresztmetszetében, ahol az intenzitáseloszlás a fény optikai úthosszának eloszlásával ö (q) = 2n — n (q) 1 (q) a mérőnyaláb keresztmetszetének függvé- X nyében következőképpen függ össze: J (e) = J (e) • U + cos [ő (e)—ő0]j ahol q — az interferáló nyalábok keresztmetszetében levő pontok koordinátáinak rádiuszvektora, és J0(e) — az interferenciakép középintenzitásának eloszlása. Az interferenciakép egy sereg egymást váltogató sötét 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
