izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-3-21-27izmertech-1516Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSДифференциальный метод формирования относительных фазовых сдвигов между световыми пучками в двухплечевом интерферометреDiferential method for the formation of relative phase shifts between light beams in two-arm interferometerhttps://orcid.org/0000-0003-4427-6482ОдинцевИ. Н.OdintsevI. N.

Игорь Николаевич Одинцев

Москва

Igor N. Odintsev

Moscow

ino54@mail.ruИнститут машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наукРоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202314042023032127Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1516

Рассмотрена возможность усовершенствования технических средств, позволяющих вносить сдвиги фаз в световые пучки в трактах интерферометра. В качестве исходного варианта указанных технических средств принят оптикомеханический фазовый модулятор в виде плоскопараллельной стеклянной пластинки, вращаемой вокруг оси, лежащей в её плоскости. Предложендифференциальныйметод формирования относительных фазовых сдвиговмежду пучками вдвухплечевом интерферометре. Разработан вариант модулятора в виде пары жёстко связанных между собой пластинок, плоскости которых изначально развёрнуты на заданный угол. При этом каждый из параллельных световых пучков в интерферометре проходит через свою пластинку. Показано, что в таком случае обеспечивается практически линейная связь между формируемым относительным фазовым сдвигом и общим углом поворота пластинок. Рассмотрен вариант применения в качестве модулятора единственной пластинки при соблюдении установленных условий падения на неё двух пучков, распространяющихся в разных плечах интерферометра. Работоспособность предложенного дифференциального метода формирования фазового сдвига между световыми пучками подтверждена данными тестового эксперимента. Полученные результаты будут полезны при разработке основанных на методе цифровой спекл-интерферометрии специальных средств измерений полей перемещений деформируемых тел.

The possibility of improving technical means that make it possible to introduce phase shifts into light beams in the interferometer paths is considered. An optical-mechanical phase modulator in the form of a plane-parallel glass plate rotated around an axis lying in its plane was adopted as the initial version of these technical means. A differential method is proposed for the formation of relative phase shifts between beams in a two-arm interferometer. A variant of the modulator has been developed in the form of a pair of rigidly interconnected plates, the planes of which are initially rotated at a given angle. In this case, each of the parallel light beams in the interferometer passes through its own plate. It is shown that in this case a practically linear relationship is provided between the generated relative phase shift and the total angle of rotation of the plates. A variant of using a single plate as a modulator under the established conditions for the incidence of two beams propagating in different arms of the interferometer is considered. The operability of the proposed differential method for controlling the phase shift between light beams is confi rmed by the data of a test experiment. The results obtained will be useful in the development of special tools based on the method of digital speckle pattern interferometry for measurements of the displacement fields of deformable bodies

интерференционно-оптические измеренияфазовый модуляторплоскопараллельная стеклянная пластинкаспекл-интерферометрияinterference optical measurementsphase shifterplane-parallel glass platespeckle pattern interferometryReferencesShchepinov V. P., Pisarev V. S., et. аl. Strain and stress analysis by holographic and speckle interferometry, Chichester, John Wiley & Sons Ltd., 1996. 483 p.Shchepinov V. P., Pisarev V. S., et. аl. Strain and stress analysis by holographic and speckle interferometry, Chichester, John Wiley & Sons Ltd., 1996. 483 p.Разумовский И. А. Интерференционно-оптические методы механики деформируемого твёрдого тела: учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. 240 с. https://doi.org/10.1007/978-3-642-11222-5Razumovsky I. A. Interference-optical methods of solid mechanics. Berlin, Springer, 2011, 180 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-11222-5Reid G. T. Optics and Lasers Engineering, 1986, vol. 7, no. 7, pp. 53–68. https://doi.org/10.1016/0143-8166(86)90034-5Reid G. T. Optics and Lasers Engineering, 1986, vol. 7, no. 7, pp. 53–68. https://doi.org/10.1016/0143-8166(86)90034-5Власов Н. Г., Штанько A. E. Метод фазовых шагов. В кн.: Голография: теоретические и прикладные вопросы (Труды XXIII Школы-симпозиума по когерентной оптике и голографии, г. Долгопрудный, 24–29 янв. 1994 г.) / Под ред. И. Н. Кампанца, А. Н. Малова. Москва; Тирасполь: ПГКУ, 1995. С. 5–11.Vlasov N. G., Shtan’ko A. E. Metod fazovyh shagov. In book Golografiya: teoreticheskie i prikladnye voprosy (Proceedings of the XXIII Shkoly-simpoziuma po kogerentnoj optike i golografii, Dolgoprudny (MR), Russia, 24–29 Jan 1994), eds. I. N. Companets, A. N. Malov. Moscow, Tiraspol, PGKU Publ., 1995, pp. 5–11 (In Russ)Гужов В. И., Поздняков Г. А., Серебрякова Е. Е. Получение разности фазовых полей при использовании метода пошагового фазового сдвига // Научный вестник НГТУ. 2019. Т. 74. № 1. С. 157–166. https://doi.org/10.17212/1814-1196-2019-1-157-166Guzhov V. I., Pozdnyakov G. A., Serebryakova E. E. Obtaining phase difference by using the step-by-step phase shift method. Science Bulletin of the Novosibirsk State Technical University, 2019, no. 1(74), pp. 157–166 (In Russ.) https://doi.org/10.17212/1814-1196-2019-1-157-166Thalmann R.,Dändliker R. Applied Optics, 1987, vol. 26, no. 10, pp. 1964–1971. https://doi.org/10.1364/AO.26.001964Thalmann R.,Dändliker R. Applied Optics, 1987, vol. 26, no. 10, pp. 1964–1971. https://doi.org/10.1364/AO.26.001964Гужов В. И., Козачок А. Г., Лопарев Е. Г., Орлов М. Г., Чернобровин В. В. Голографическая измерительная система для определения поля разности фаз методом внесения контролируемого фазового сдвига // Автометрия. 1986. № 2. С. 116–118.Guzhov V. I., Kozachok A. G., Loparev E. G., Orlov M. G., Chernobrovin V. V. Holographic measuring system for determining a phase difference field through the insertion of a controlled phase shift. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 1986, vol. 22, no. 2, pp. 123–125.Creath K. Applied Optics, 1985, vol. 24, no. 18, pp. 3053–3058. https://doi.org/10.1364/AO.24.003053Creath K. Applied Optics, 1985, vol. 24, no. 18, pp. 3053–3058. https://doi.org/10.1364/AO.24.003053Kao C.-C., Yeh G.-B., Lee S.-S., Lee C.-K., Yang C.-S., Wu K.-C. Applied Optics, 2002, vol. 41, no. 1, pp. 46–54. https://doi.org/10.1364/AO.41.000046Kao C.-C., Yeh G.-B., Lee S.-S., Lee C.-K., Yang C.-S., Wu K.-C. Applied Optics, 2002, vol. 41, no. 1, pp. 46–54. https://doi.org/10.1364/AO.41.000046Morimoto Y., Nomura T., Fujigaki M., Yoneyama S., Takahashi I. Experimental Mechanics, 2005, vol. 45, pp. 65–70. https://doi.org/10.1007/BF02428991Morimoto Y., Nomura T., Fujigaki M., Yoneyama S., Takahashi I. Experimental Mechanics, 2005, vol. 45, pp. 65–70. https://doi.org/10.1007/BF02428991Гужов В. И., Денежкин Е. Н., Ильиных С. П., Поздняков Г. А., Хайдуков Д. С. Определение полей деформаций диффузных объектов методом цифровой голографической интерферометрии с пошаговым фазовым сдвигом // Автометрия. 2020. № 6. С. 61–67. https://doi.org/10.15372/AUT20200607Guzhov V. I., Denezhkin E. N., Ilinykh S. P., Pozdnyakov G. A., Khaidukov D. S. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2020, vol. 56, no. 6, pp. 608–613. https://doi.org/10.3103/S8756699020060084Rastogi P. K. Digital speckle pattern interferometry & Related techniques. New York, John Wiley & Sons, 2000, 384 p.Rastogi P. K. Digital speckle pattern interferometry & Related techniques. New York, John Wiley & Sons, 2000, 384 p.Антонов А. А. Исследование полей остаточных напряжений в сварных конструкциях // Сварочное производство. 2013. № 12. С. 13–17. https://doi.org/10.1080/09507116.2014.884327Antonov A. A. Welding International, 2014, vol. 28, no. 12, pp. 966–969. https://doi.org/10.1080/09507116.2014.884327Анискович Е. В., Москвичев В. В., Махутов Н. А., Разумовский И. А., Одинцев И. Н., Апальков А. А., Плугатарь Т. П. Оценка остаточных напряжений в лопастях рабочих колес гидроагрегатов // Гидротехническое строительство. 2018. № 11. С. 48–54. https://doi.org/10.1007/s10749-019-01030-yAniskovich E. V., Moskvichev V. V., Makhutov N. A. Razumovskii I. A., Odintsev I. N., Apal’kov A. A., Plugatar’ T. P. Power Technology and Engineering, 2019, vol. 53, no 1, pp. 33–38. https://doi.org/10.1007/s10749-019-01030-yNakadate S. Applied Optics, 1986, vol. 25, no. 22, pp. 4162–4167. https://doi.org/10.1364/AO.25.004162Nakadate S. Applied Optics, 1986, vol. 25, no. 22, pp. 4162–4167. https://doi.org/10.1364/AO.25.004162Гужов В. И., Ильиных С. П. Оптические измерения. Компьютерная интерферометрия. М: Юрайт, 2019. 258 с.Guzhov V. I., Il’inyh S. P. Opticheskie izmereniya. Komp’yuternaya interferometriya. Moscow, Yurajt Publ., 2019. 258 p. (In Russ.)Bruno L., Poggialini A., Felice G. Optics and Lasers in Engineering, 2007, vol. 45, no. 12, pp. 1148–1156. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2007.06.004Bruno L., Poggialini A., Felice G. Optics and Lasers in Engineering, 2007, vol. 45, no. 12, pp. 1148–1156. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2007.06.004Jaing C. C., Shie Y. L., Tang C. J., Liou Y. Y., Chang C.-M., Yang C.-R. Optical Review, 2009, vol. 16. pp. 170–172. https://doi.org/10.1007/s10043-009-0029-0Jaing C. C., Shie Y. L., Tang C. J., Liou Y. Y., Chang C.-M., Yang C.-R. Optical Review, 2009, vol. 16. pp. 170–172. https://doi.org/10.1007/s10043-009-0029-0Ravindran S., Langoju R., Patil A., Rastogi P. Optics and Lasers in Engineering, 2007, vol. 45, no. 7, pp. 766–772. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2007.01.001Ravindran S., Langoju R., Patil A., Rastogi P. Optics and Lasers in Engineering, 2007, vol. 45, no. 7, pp. 766–772. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2007.01.001Takahashi Y. Applied Mechanics and Materials, 2019, vol. 888, pp. 11–16. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.888.11Takahashi Y. Applied Mechanics and Materials, 2019, vol. 888, pp. 11–16. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.888.11Kröger N., Schlobohm J., Pösch A., Reithmeier E. Applied Optics, 2017, vol. 56. no. 25, pp. 7299–7304. https://doi.org/10.1364/AO.56.007299Kröger N., Schlobohm J., Pösch A., Reithmeier E. Applied Optics, 2017, vol. 56. no. 25, pp. 7299–7304. https://doi.org/10.1364/AO.56.007299Shevkunov I., Petrov N. V. Journal of Imaging, 2022, vol. 8, no. 4, 87. https://doi.org/10.3390/jimaging8040087Shevkunov I., Petrov N. V. Journal of Imaging, 2022, vol. 8, no. 4, 87. https://doi.org/10.3390/jimaging8040087

The authors declare that there are no conflicts of interest present.