Лазерний спекл-корелятор для дослідження поверхневих процесів.

к. ф.-м. н. Пресняков Ю.П.

Схема корелятор показана на рис 1, де 1 v гелій неоновий лазер, 2 v марнотратників скло, 3,5 v об'єктиви, 4 v спекл v транспарант, 6 v фотодетектора, 7 v цифровий осцилограф або комп'ютер.

Рис. 1 Схема корелятор.

При освітленні шорсткуватої поверхні або матового скла? але просвіт | при когерентно джерелі освітлення розподіл інтенсивності випромінювання є випадковою функцією координат/1 /. Детальний опис цього ефекту розглянуто в багатьох публікаціях, найбільш повне наведено, на мій погляд, у роботі/2 /. Суттєвою характеристикою спекл-ефекту є інтервал кореляції інтенсивності визначається формулою:

(1)

яку можна знайти в книгах з теорії випадкових процесів. Найбільш повний виклад і близьке до оптичних явищ представлено у фундаментальній монографії/3 /.

Як показано в цитованих вище джерелах, інтервал кореляції має оцінку для кругового плями лазера на поверхні:

де,

-розмір променя лазера на шорсткуватої поверхні за рівнем,

- рассьояніе від матової поверхні до площини спостереження,

-довжина хвилі лазера.

Випадкові процеси, такі як корозія, стирання в результаті тертя, осадження частинок на поверхню або її випаровування і т.д. призводить до випадкових змін мікрорельєфу, що служить причиною зменшення функції кореляції (1) яка в цьому випадку приймає наступний вигляд:

(2)

де -- розподіл інтенсивності до початку процесу,

-- інтенсивність в момент часу після початку процесу,

Реалізація методу вимірювання, що описується формулою (2) здійснюється записом функції на фотопластини або в пам'яті комп'ютера і в подальшому вимірі світлового потоку інтенсивністю минулому фототранспорант або записом функції в пам'яті комп'ютера та обчислення функції (2).

Практичне випробування методу здійснювалося для процесу дослідження осадження парів води на матову поверхню скла. Носієм інформації про функції служив негативний фототранспорант виготовлений на фотопластини Agta Gevaert, виявленої на місці експозиції. Фотоелектричним детектором служив кремнієвий фотодіод, з виходу якого електричний сигнал після підсилення подавався на запам'ятовує цифровий осцилограф. На рис. 1 показана оптична схема дослідження поверхневих процесів? на просвіт |. При дослідженні непрозорих об'єктів? на відображення | лазер і фототранспорант знаходяться по одну сторону від поверхні.

Рис.2.

Результати експериментів.

Швидкість осадження наведена на мал.2. Обробка Електричного сигналу виконувалася в припущенні рівномірної щільності ймовірності розподілу приросту рельєфу поверхні завдяки конденсації парів. Розрахункова формула отримана з використанням виведення з/3/для кореляції 4-го порядку для комплексної амплітуди світлової хвилі, інтенсивність якої.

Список літератури

1. М. Франсон. Оптика спекл. М., Мир, 1980.

2. Laser Specle and Related Phenomena. Edited by J.C. Dainty. Applied Physics. vol. 9. 1975. p. 123-286.

3. С.М. Ритов, Ю.А. Татарський. Введення в статистичну радіофізику. М.: Наука. 1978.