Імпульсний волоконно-оптичний інтерферометр

Імпульсний волоконно-оптичний інтерферометр, що містить розташовані послідовно імпульсний лазер, ЛІНІЙНИЙ поляризатор, А,/4 -пластинку, ділильну призму, мікрооб'єктив, маломодове оптичне волокно, а також пристрій, що реєструє, який відрізняється тим, що містить вихороутворюючу голограму і сферичне дзеркало, які розташовані на вихідному торці оптичного волокна Винахід відноситься до області волоконно-оптичних інтерферометрів поляризатор, А/4-пластинку, ділильну призму, мікрооб'єктів, маломодове оптичне волокно і пристрій, що реєструє, ВІДПОВІДНО до винаходу містить вихорюутворюючу голограму і сферичне дзеркало, які розташовані після вихідного торця маломодового оптичного волокна Імпульсний волоконно-оптичний інтерферометр по виду інтерференційної картини і и зміни дозволяє надійно виділити корисний сигнал на фоні оптичних шумів На (фиг 1) приведена схема імпульсного волоконно-оптичного інтерферометра 1 імпульсний лазер, 2 - ЛІНІЙНИЙ поляризатор, 3 - А/4пластинка, 4 - ділильна призма з дзеркальним торцем, 5 - мікрооб'єктив, 6 - маломодове оптичне волокно, 7 - вихорюутворююча голограма, 8 сферичне дзеркало, 9 - пристрій, що реєструє Принцип дії пропонованого імпульсного волоконно-оптичного інтерферометра заснований на інтерференції двох оптичних імпульсів, що утворилися після проходження випромененого лазером імпульсу через ділильну призму, причому один з імпульсів, що відбивається від дзеркального торця ділильної призми, є опорним, а інший імпульс уводиться за допомогою мікрооб'єктива в оптичне волокно, після вихідного торця волокна проходить через вихорюутворюючу голограму, відбивається від сферичного дзеркала, повертається назад по волокну і за допомогою мікрооб'єктива направляється на ділильну призму Обидва імпульси направляються ділильною призмою в пристрій, що реєструє,у ВХІДНІЙ площині якого интерферируют Відомий ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИЙ імпульсних інтерферометр [Патент України 20301 Волоконно-оптичний інтерферометр МКІ6 G01B 9/02, 1998], що містить розташовані послідовно джерело світла, першу голограму, СВІТЛОДІЛЬНИК другу голограму і реєстратор, а в предметному плечі містить поляризатор, А/4 - пластинку, фокусируючу лінзу, Y-образний розгалужевач і оптичну систему, які розташовані послідовно, причому вхідний торець Y-образного розгалужевача встановлен у фокальній площині фокусируючией лінзи, а ВИХІДНІ торці в задній фокальній площині вхідних лінз оптичної системи, відбивне дзеркало другий поляризатор, А/4-пластинку н оптичну систему, які розташовані послідовно в референтному промені і Фур'є-лінзу, розташовану ніж другою голограмою і реєстратором Недоліком прототипу є висока чутливість до вібрацій і, як наслідок, погіршення видності інтерференційної картини В основу винаходу поставлена задача удосконалити імпульсний волоконно-оптичний інтерферометр шляхом підвищення надійності виділення корисного сигналу і відбудування від перешкод, що виникають через повільно мінливих у порівнянні з тривалістю імпульсів ЗОВНІШНІХ факторів Поставлене завдання вирішується тим, що в імпульсному волоконно-оптичному інтерферометрі, що містить розташовані послідовно імпульсний лазер, ЛІНІЙНИЙ 1 ю 45774 Інтерферометр працює слідуючим чином Оптичний імпульс, випроменений лазером 1 проходить через ЛІНІЙНИЙ поляризатор 2 і Л/4пластинку 3, де здобуває кругову поляризацію Потім імпульс за допомогою ділильної призми 4 розщеплюється на два складові перші імпульси проходить через мікрооб'єктив і збуджує оптичне волокно, а другий імпульс падає на дзеркальний торець ділильної призми Перший імпульс пройшовши маломодове волокно 6, проходить через вихорюутворюючу голограму 7 відбивається від сферичного дзеркала 8 і вводиться назад у волокно На зворотнім шляху після мікрооб'єктива перший імпульс падає на ділильну призму 4, а потім направляється в пристрій, що реєструє 9 Другий імпульс відбивається від дзеркального торця ділильної дрижи 4 і також направляється в пристрій, що реєструє 9, де обидва імпульси штерферируют у його ВХІДНІЙ площині Інтерференційна картина виникає у випадку, якщо тривалість збудливого лазерного імпульсу То більше подвійного часу проходження складової імпульсу найбільшого плеча інтерферометра [Ахманов С А, Выслоух, Е А Чиркин А С Оптика фемтосекундных лазерних імпульсів Москва Наука 1988] T0)2(Lfn,/c), де Lf - довжина волокна, ги - показник заломлення серцевини волокна Таким чином, для формування інтерференційної картини за допомогою імпульсу з тривалістю То = 10нс довжина оптичного волокна не повинна перевищувати Lf | b| умова У противному випадку імпульс зкспоненціально загасає у волокні Розглянемо динаміку імпульсу з положистим фронтом і щодо великою тривалістю - хвильового пакета Припустимо, що частотний спектр Дсо імпульсу досить вузький Тоді наближені рішення 45774 для Z(z,t) можна знайти, розкладаючи постійну поширення в ряд Тейлора в околиці несучої частоти с о [Рахманов С А ,Выслоух Б А , Чиркин о А С Оптика фемтосекундньїх лазерних Імпульсів Москва Наука, 1988] б ( 2 2dot (Ю-MQ) (12) і підставляючи ряд (12) у рішення (10), одержуємо вираження для Z в першому другому і т д наближеннях теорії дисперсії, що відповідають утримуваним членам Тоді, взявши інтеграл по со, а, потім інтеграл по t', одержуємо рішення в замкнутій формі у ВІДПОВІДНИХ наближеннях теорії дисперсії В другому наближенні теорії дисперсії одержуємо вираження для Z у виді мод ступінчатого волокна [Снайдер А В, Лав Д В Теорія оптичних хвилеводів Москва Радіо і зв'язок, 1987] Впливом границь ДІЛІЛЬНОІ призми на просторову структуру імпульсу 2 зневажаємо, тому апроксимуємо хвильову поверхню імпульсу площинами В ВХІДНІЙ площині пристрою, що реєструє, формується інтерференційна картина, що виникає при суперпозиції імпульсу 1 Е, = А,ч0n1 2U [ J ; (U) (13) Припустимо, що спектр імпульсу обмежений, тобто імпульс не модульований по частоті, початкові частотна девіація відсутня Обгинаюча імпульсу має гауссову форму при z = 0 1 2 а, = A(z,t) = 2 -1/4 D> 2 (t-z/vsrz 2W КДІІ) К; K, *(U) к = ±1 г = 012 (17) •(2N + rn)arctg 'Va = 2 Підставляючи вираження для граничної форми імпульсу Ao(t) при z = 0 (14) у (13) одержуємо вираження для обгинаючий імпульсу в перетині волокна z А,= радіус серцевини волокна, ехр[- - 2 T n (1 + z 2 / L _1 ї 2 (15) Де амплітуда імпульсу і фазова добавка що виникає в результаті дисперсії у волокні I_D = To2/4D - дисперсійна довжина для імпульсу, на якій його тривалісьб збільшується в v2 раз, Таким чином, і імпульс, що пройшов волокно, і імпульс 2, що пройшов ділильну призму в прямому і зворотному напрямках зменшуються по амплітуді і здобувають набіг фази в залежності від пройденої довжини Z Поперечну просторову структуру імпульсу 1, що пройшов волокно, представимо за допомогою Розподіл інтенсивності полючи на інтерференційній картині, що виникає протягом тимчасового інтервалу То, знаходимо у виді (18) 4п з фазовою залежністю і= arctg ^ — (19) Вид розподілу інтенсивності на інтерференційній картині представлений на (фіг 2) Зміна показника заломлення серцевини оптичного волокна ги, в результаті впливу ЗОВНІШНІХ факторів приводить до зміни постійної поширення Рої і фазової добавки $і, При цьому інтерференційна спіраль повертається навколо своєї осі [Воляр А В, Фадеева Т А Вихрова природа мод оптичного волокна 1 Структура власних мод// Листа в ЖТФ Т 22, вип 8, 1996 С 57 - 62] Градуировка числа оборотів спіралі в залежності від зміни вимірюваної фізичної величини дозволяє при виміру робити ВІДЛІК у ВІДПОВІДНИХ ОДИНИЦЯХ 45774 Фіг.2. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71