Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ О СПЕКТРОМЕТРАХ С СЕЛЕКТИВНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ 10
1. Теория сисама по П.Конну 10
2. Модифицированные автоколлимационные схемы симметричных сисамов 23
3. Обратно-круговые схемы и их особенности 28
4. Сисамы с асимметричной оптической схемой 42
5. Анализ современных тенденций развития методов селективной интерференции 47
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ В СЕЛЕКТИВНОМ ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ 54
1. Критерии построения селективных интерферометров 55
2. Интерференционная картина в неселективном интерферометре 64
3, Структура изображения в оптической схеме с дифракционной решеткой 75
4. Интерференционная картина в селективном интерферометре 81
ГЛАВА III. ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИММЕТРИЧНЫХ СЕЛЕКТИВНЫХ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ 95
1. Некоторые особенности применения термина "аппаратная функция" к селективным интерферометрам 96
2. Оптические характеристики селективных интерферометров с асимметрией по разности фаз 102
3. Об асимметрии обратно-круговых селективных интерферометров 119
4. Оптические характеристики селективных интерферометров с переменным разрешением 125
5. Многолучевой селективный интерферометр 130
ГЛАВА ІУ. СИСАШ С ОДНОЗЕРКАЛЬНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ 139
1. Оптическая схема селективного интер ферометра с однозеркальным сканированием 140
2. Оптические характеристики сисама с однозеркальным сканированием 149
3. Некоторые аспекты юстировки селективных интерферометров с решеткой-светоделителем 157
4. Шкет сисама с одно зеркальным сканированием и экспериментальные результаты 160
Заключение 173
ПРИЛОЖЕНИЕ 175
ЛИТЕРАТУРА 201
- Теория сисама по П.Конну
- Критерии построения селективных интерферометров
- Некоторые особенности применения термина "аппаратная функция" к селективным интерферометрам
Теория сисама по П.Конну
Явление селективной интерференции и возможности его применения к анализу спектрального состава электромагнитного излучения были описаны и впервые реализованы П.Конном. Его работы [і-з] и в настоящее время остаются наиболее полным и последовательным исследованием как возможностей собственно метода селективной интерференцииг так и оптических характеристик симметричных селективных интерферометров. Основные положения его теории сисама в настоящее время широко известны и описаны как в учебной и методической литературе [4,5], так и в ряде монографий [6-8]. Поэтому мы остановимся лишь на наиболее существенных моментах его исследований и некоторых частных положениях, менее известных, но представляющих, на наш взгляд, значительный интерес.
Основным модельным объектом в работах Конна является ставшая уже классической оптическая схема симметричного селективного интерферометра, построенная на базе интерферометра Май-кельсона, в котором автоколлимационные зеркала заменены идентичными диспергирующими элементами (дифракционными решетками или призмами), расположенными так, что их нормали лежат в главной плоскости интерферометра,, а дисперсии направлены навстречу друг другу (рис.1). Оптическая ось при этом должна совпадать с направлением автоколлимации для некоторой длины волны А0 .Пусть на входе такого интерферометра находится точечный источник света, расположенный в фокусе коллиматора К. Плоский фронт,, формируемый коллиматором, падает на светоделитель М и образует два когерентных световых пучка, взаимодействующих с диспергирующими элементами Ду и Д2. Поскольку для излучения с длиной волны Л о выполнено условие автоколлимации,; то для произвольной (но мало отличающейся от А0 ) длины волны направление распространения плоского фронта, формируемого диспергирующим элементом,, будет составлять с оптической осью малый угол, равный произведению угловой дисперсии на разность длин волн \ = Л - Ло .В силу симметрии расположения диспергирующих элементов, угол ( об ) между интерферирующими фронтами будет вдвое большим:
Критерии построения селективных интерферометров
Прежде чем приступить к непосредственным расчетам, рассмотрим вопрос о специфике селективных интерферометров на качественном уровне, не обращаясь непосредственно к конкретным оптическим схемам интерферометров. При этом мы будем исходить из анализа качественных особенностей интерференционной картины, не вдаваясь в детали, касающиеся технических средств, необходимых для ее осуществления. Такой подход, с одной стороны, позволит нам более четко отделить чисто оптические критерии от технических, поскольку последние всегда могут быть тем или иным образом решены, и, с другой стороны, даст возможность наметить основные направления дальнейших исследований.
Итак, классический двухлучевой интерферометр представляет собой, как известно, оптическую систему, основной функцией которой является создание двух пространственно разделенных когерентных световых волн и последующее их совмещение. Для решения проблемы когерентности обе волны формируют из излучения одного источника методом деления амплитуды36, чаще всего с по Кроме этого, существует еще метод деления фронта, реали мощью полупрозрачного зеркала. Сложение интерферирующих волн производят аналогичным образом. Проектирующая оптика интерферометра строится при этом таким образом, что на выходе образуются два пространственно совмещенных когерентных изображения источника, амплитудные и фазовые характеристики которых определяются конфигурацией соответствующих оптических путей (плеч интерферометра).
Поскольку основным источником информации в классической интерферометрии являются фазовые соотношения, то интерферометр в целом стремятся устроить так, чтобы амплитудные характеристики изображений были идентичными, а сами изображения были строго пространственно совмещены. Очевидно, что при выполнении этих условий амплитудные характеристики монохроматических компонент интерференционной картины, и в первую очередь их контрастность, практически не зависят от длины волны излучения и определяются только качеством юстировки.
Иначе обстоит дело в селективном интерферометре, где каждое из плеч содержит диспергирующий элемент, формирующий на выходе интерферометра "спектр", т.е. непрерывную совокупность пространственно несовпадающих монохроматических изображений источника. В этом случае вопрос о степени совмещения когерентных пар изображений иг следовательно, об амплитудных характеристиках интерференционной картины становится существенно более сложным и требует детального анализа.
Пусть на входе селективного интерферометра расположензуемый в системах типа интерферометра Рэлея, но на анализе схем такого типа мы останавливаться не будем.
протяженный пространственно некогерентный источник излучения, который мы вправе рассматривать как непрерывную совокупность независимых точечных излучателей, характеризующихся положением в пространстве (будем определять его радиус-вектором г ) и длиной волны излучаемого света ( А ). Если проектирующую оптику плеч интерферометра считать идентичной и безаберрационной, то каждое плечо образует от каждой из точек источника совокупность ее монохроматических дифракционных изображений. Ограничиваясь рассмотрением параксиальной области поля изображения, можно считать размеры и форму всех дифракционных изображений одинаковыми и сопоставить главному максимуму каждого из них радиус-вектор R , считая его функцией двух переменных г и Л . В этих терминах функция R(r;,A) будет описывать "спектр", создаваемый точкой источника с координатой г; , а R(r,A0) - монохроматическое изображение источника, формируемое излучение с длиной волны Ао Заметим, что в силу предположения о пространственной некогерентности источника когерентными будут только пары R,(r;,Ae) и R2(E,A0) ( индексами Г и 2 обозначена принадлежность изображения к одному из плеч интерферометра). Чтобы не усложнять рассмотрение учетом фазовых соотношений, будем полагать, что в пределах рассматриваемой нами области поля изображений разность фаз интерферирующих волн постоянна. В дальнейшем вопрос о корректности такого приближения будет рассмотрен более подробно, а роль фазовой составляющей интерференционной картины будет предметом отдельного раздела настоящей работы.
Некоторые особенности применения термина "аппаратная функция" к селективным интерферометрам
Для описания свойств линейных оптических систем чаще всего пользуются понятием "аппаратной функции", под которым обычно понимают "отклик системы на частотную дельта-функцию" 76 -78], т.е. зависимость регистрируемого на выходе светового потока, излучаемого монохроматическим источником, от параметра, характеризующего внутреннюю степень свободы описываемой оптической системы. Целесообразность использования этого понятия основана на двух исходных предположениях. Во-первых, о том, что такая степень свободы (сканирование) только одна и, во--вторых, что параметр, ее описывающий, входит в выражение для отклика системы симметрично с длиной волны (частотой) излучения.
Действительно, если на линейную оптическую систему падает излучение со спектральной плотностью потока энергии Е()?) , где V - частота, а действие оптической системы на монохроматическое излучение с частотой У описывается функцией T()?,J.) , где Л - внутренний параметр системы, то результирующий отклик на ее выходе будет описываться выражением
В этом случае задача восстановления спектральной плотности потока энергии Е(\?) по регистрограмме $(о) сводится к поиску ядра обратного преобразования ОО
