Высокочувствительный адаптивный интерферометр на

УДК 535.14(06)+004.056(06) Фотоника и информационная оптика
Р.В. РОМАШКО, С. ДИ ГИРОЛАМО1, Ю.Н. КУЛЬЧИН,
А.А. КАМШИЛИН1, Ж.-К. ЛАНЭ2
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия
1Университет г. Куопио, Финляндия
2Институт твердого тела и химии, г. Бордо, Франция
ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ АДАПТИВНЫЙ
ИНТЕРФЕРОМЕТР НА ДИНАМИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАММЕ,
СФОРМИРОВАННОЙ В ТЕЛЛУРИДЕ КАДМИЯ
Разработан
адаптивный
интерферометр
на
основе
динамической
отражательной голограммы, формируемой в фоторефрактивном кристалле в
геометрии анизотропной дифракции без приложения внешнего электрического
поля, характеризующийся высокой чувствительностью и быстрым откликом.
Адаптивные интерферометры (АИ), основанные на использовании
двух-волнового смешения в фоторефрактивных кристаллах (ФРК),
являются достаточно простыми и высокочувствительными системами
измерения малых фазовых изменений в условиях неконтролируемых
воздействий окружающей среды. Два ключевых параметра любого АИ
это: (1) чувствительность к малым фазовым флуктуациям и (2) время
отклика, которое определяет, как быстро система будет адаптироваться
изменичивому окружению. В индустриальных приложениях часто
требуется полностью исключить все вибрации на промышленной частоте
50/60 Гц. При этом зачастую оказывается недопустимым использование
сильных электрических полей, обычно прикладываемых к ФРК в
известных схемах построения адаптивных интерферометров, как для
реализации линейного режима демодуляции фазы [1], так и для
повышения чувствительности интерферометра [2].
В настоящей работе разработана схема адаптивного интерферометра
на основе динамической голограммы, формируемой в ФРК без
приложения к последнему внешнего электрического поля. Векторное
смешение двух волн, имеющих разные состояния поляризации (линейное
и эллиптическое), в геометрии анизотропной дифракции позволяет
достичь линейное преобразование изменений фазы объектной волны в
модуляцию ее интенсивности даже когда голограмма записывается в
диффузионном режиме.
Использование для записи голограммы полупроводникового кристалла
CdTe:V, обладающего как чувствительностью в ИК области спектра, так и
относительно малым временем отклика, позволило достичь достаточно
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 15
123
УДК 535.14(06)+004.056(06) Фотоника и информационная оптика
высоких частот отсечки (750 Гц) при сравнительно низких
интенсивностях взаимодействующих световых пучков (38 Вт/см2).
С целью оценки работы адаптивного интерферометра был введен
относительный предел детектирования rel, который показывает во
сколько раз чувствительность АИ меньше чувствительности
классического гомодинного интерферометра, не имеющего оптических
потерь. Известно, что чувствительность интерферометра может быть
повышена
за
счет
уменьшения
пространственного
периода
голографической решетки  при обеспечении достаточной концентрации
фоторефрактивных центров в кристалле. В пропускающей геометрии
записи голограммы (когда записывающие лучи направляются в одном
направлении) существуют практический предел понижения периода
решетки, который для выбранного кристалла (n=2.85) составляет 0,76
мкм. Максимальная чувствительность, достигнутая в этой геометрии,
соответствует rel = 15. Дальнейшее уменьшение периода решетки
становится возможным лишь при переходе к отражательной геометрии
записи, когда лучи распространяются навстречу друг другу. Снижение 
до 0,19 мкм в этом случае позволило достичь чувствительности АИ,
которая лишь в 5,7 раз меньше чувствительности классического
интерферометра, не имеющего оптических потерь (rel = 5,7). Таким
образом, при обеспечении мощности объектного луча всего в 1 мВт и
используя узкополосное детектирование с шириной в 1 кГц, становится
возможным зарегистрировать изменения фазы световой волны в 1.910-6
рад, что в свою очередь позволяет обнаружить колебания поверхности
исследуемого объекта (вибрации, деформации и пр.) с амплитудой 0,3 пм
при использовании излучения на длине волны 1064 нм.
Разработанный интерферометр на основе динамической голограммы
отражательной голограммы, сформированной в фоторефрактивном
кристалле без приложения внешнего электрического поля, обладает
наилучшей из известных к настоящему времени комбинацией
чувствительности и адаптивности.
Работа поддержана грантом Президента РФ для молодых кандидатов
наук (МК-1400.2006.2)
Список литературы
1. Detection of ultrasonic motion of a scattering surface by photorefractive In:Fe under an applied dc field / P. Delaye, A. Blouin, D. Drolet, et.al. // J. Opt. Soc. Am. B. 1997. V.14. P.17231734.
124
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 15
УДК 535.14(06)+004.056(06) Фотоника и информационная оптика
2. Kamshilin A.A., Grachev A.I. Adaptive interferometer based on wave mixing in a photorefractive crystal under alternating electric field // Appl.Phys.Let. 2002. V.81. P.2923-2925.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 15
125