Введение 3
1. Литературный обзор 6
1.1. Уголковые отражатели с фазосдвигающим покрытием граней 6
1.2 Характеристики поляризационно-неоднородных пучков, отраженных уголковым отражателем с фазосдвигающим покрытием 9
1.3 Поляризационно-симметричные структуры и их взаимосвязь с оптическими вихрями 12
1.4 Спиральные ротаторы 13
1.5 Интерференция пучков, отраженных от двух повернутых уголковых отражателей с фазосдвигающим покрытием 16
2. Экспериментальная установка и результаты 24
Заключение 28
Список литературы 29
У современных космических аппаратов имеются световозвращающие системы [1 - 6], которые, используя лазерный пучок испущенного с поверхности земли, помогают измерять расстояние до космического аппарата. Это необходимо для определения точных параметров орбиты и координат оптической лазерной станции [1].
Дифракционная картина дальнего поля, характеризующая излучение, отраженное от уголкового отражателя (УО), является существенным аспектом изучения световозвращающих систем для оптимального использования в космических приложениях. В первую очередь, эта дифракционная картина зависит от отношения размеров уголковых отражателей к длине падающей волны, углов между гранями и типа их покрытия. Хотя исследования на эту тему проводятся уже более 40 лет, все еще существуют проблемы, связанные с градиентом температуры внутри уголкового отражателя, которые значительно искажают дифракционную картину дальнего поля. Проведенные исследования показали, что создание требуемого фазового сдвига составляющих вектора напряженности электрического поля Е при отражении света на гранях уголкового отражателя с использованием фазосдвигающего интерференционного покрытия является одним из эффективных способов изменения и оптимизации дифракционных картин дальнего поля [5, 6].
Существуют несколько особенностей в формирования ответного излучения в зависимости от свойств отражателя. Теоретически предсказано и экспериментально реализовано формирование шести пятен на дифракционной картине, которые позволяют избавиться от центрального пятна, не участвующего в формировании ответного сигнала из-за явления аберрации скорости [1]. Были проведены исследования поляризационного состояния отраженного излучения, которое формирует дифракционную картину в виде шести пятен, в каждом из которых плоскости колебаний вектора напряженности электрического поля ЕЕ повернуты относительно друг друга на определенный угол. Эти особенности могут быть использованы для улучшения точности измерений лазерных дальномеров и других устройств, использующих отражатели с дифракционными картинами в виде шести пятен.
В общем, поляризационные структуры с осевой симметрией, в которых ориентация эллипса поляризации изменяется пропорционально азимутальной координате ^ в поперечной плоскости пучка, известны достаточно хорошо [7, 8]. Таким образом, ось эллипса поляризации совершает s полных оборотов, когда значение азимута возвращается к своему первоначальному значению и совершает только один оборот. Эти поляризационные структуры являются осесимметричными и делятся на два типа, зависящие от направления вращения оси эллипса поляризации в поперечном сечении пучка, и тесно связаны с оптическими вихрями (ОВ) [9 - 14].
Оптические вихри находят применение в широком спектре научных задач таких как: оптический пинцет (ловушка), передача информации. Также их используют для изучения свойств неоднородной среды относительно показателя преломления среды, и во многих других научных направлениях. Поэтому методы генерации ОВ очень актуальны. Большинство интерферометрических методов, используемых для создания оптических вихрей, основаны на модифицированных интерферометрах Маха-Цендера и интерферометрах Майкельсона.
Используя два УО со специальным покрытием, можно получить поляризационно-симметричную структуру отраженного излучения, как показано в работе [9]. Однако в этих работах интерференция пучков не рассматривалась с учетом разности их оптических путей.
Целью данной работы является описание явлений, возникающих при интерференции пучков от двух повернутых УО с фазосдвигающим покрытием граней. Показано, что такая система может быть использована в качестве световозвращающего пространственно-поляризационного интерферометра (СВИЛИ) рэлеевского типа. Также экспериментально сгенерировать структурированные пучки с помощью поляризационного интерферометра.
Предлагаемый интерферометр представляет собой поляризационно-оптическую систему, в которой широкий коллимированный пучок отражается от двух УО, а разность оптического пути измеряется путем изменения дифракционной картины дальнего поля на видеокамере. Таким образом, в дополнение к простому созданию ОВ различных порядков (зарядов), этот интерферометр может использоваться для высокочувствительных измерений толщины тонких пленок, изменений показателя преломления, небольших вибраций и локальных искажений волновой поверхности. Будучи установленной в космосе, такая система может значительно повысить помехозащищенность лазерного сигнала.
В настоящей работе представлен краткий обзор литературы об уголковых отражателях, а именно: разделении падающего пучка на шесть частей из-за особой конструкции отражателя и используемого специального покрытия для контролируемого изменения фазы отраженного пучка.
Было показано изменение поляризационной структуры при отражении пучка от уголкового отражателя, при разных состояниях поляризации падающего пучка.
Также показано, что система из двух уголковых отражателей со специальным фазосдвигающим покрытием, работающий аналогично световозвращающему пространственно-поляризационному интерферометру, обладает свойствами положительного спирального ротатора второго порядка, но не идентичен ему, поскольку интенсивность зависит от азимута — дифракционная картина имеет вид шести пятен.
Экспериментально получены дифракционные картины дальнего поля при помощи двух уголковых отражателей, согласованные с теоретической частью. Экспериментально зафиксированы оптические «вилки», что подтверждает генерацию оптического вихря, обнаруженные с помощью интерферометра сдвига. Данный оптический вихрь пыл получен с помощью двух уголковых отражателей, на которые был подан пучок с круговой поляризацией.
