Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2022, № 5 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

Investigation of characteristics of interferogram visibility in three-mirror laser interferometric rangefinder

I.S. Bulatov1, N.A. Korobov1, D.V. Aleksandrov2, M.N. Dubrov1,2

1 Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudnyi
2 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.5.1 UDC 531.715.1 EDN SACBIV

Abstract

Precision radio-optical methods for measuring large lengths and distances with interference accuracy are studied. The relations of the visibility of the interference pattern on the change in the length of the laser resonator are experimentally obtained and analyzed. The visibility relations from various values of the length of the measuring arm of a three-mirror interferometer are considered. These relations contain especial points, which are characterized by the ratio between the length of the laser resonator and the specified measured distance. The obtained relations are needed for optimal tuning of the laser frequency when implementing high-precision methods for measuring length and displacements. It is shown that by means of a three-mirror laser interferometer rangefinder operating in the regime of the two optical mode generation, the interference accuracy of measuring the length and small displacements at distances up to 100 km can be achieved.

  • laser
  • resonator
  • interferometer
  • rangefinder
Аннотация (на русском)

Исследование характеристик видности интерференционной картины в трехзеркальном лазерном интерферометре-дальномере

Исследуются прецизионные радиооптические методы измерения больших длин и расстояний с интерференционной точностью. Экспериментально получены и проанализированы зависимости видности интерференционной картины от изменения длины резонатора лазера при различных значениях длины измерительного плеча трехзеркального интерферометра. Зависимости видности от расстояния до внешнего отражателя содержат характерных точки, определяемые соотношением между длиной резонатора лазера и указанным измеряемым расстоянием. Полученные зависимости нужны для оптимальной настройки частоты лазера при реализации высокоточных методов измерения длины и перемещений. Показано, что с помощью трехзеркального лазерного интерферометра-дальномера, работающего в двухмодовом режиме может быть достигнута интерференционная точность измерения длины и малых перемещений на расстояниях до 100 км.

For citation

Bulatov I.S., Korobov N.A., Aleksandrov D.V., Dubrov M.N. Investigation of characteristics of interferogram visibility in three-mirror laser interferometric rangefinder // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.5.1

References

  1. Takemoto S., Momose H., Araya A., Morii W., Akamatsu J., Ohashi M., Takamori A., Miyoki S., Uchiyama T., Tatsumi D., Higashi T., Telada S., Fukuda Y. A 100 m laser strainmeter system in the Kamioka Mine, Japan, for precise observations of tidal strains. Journal of Geodynamics. 2006. V.41. P.23-29. https://doi.org/10.1016/j.jog.2005.08.009
  2. Николаев А.В., Луканенков А.В., Дубров М.Н. Новые возможности совместной обработки данных регистрации смещений и деформаций в поле сейсмической волны. Доклады Академии наук. 2010. Т.430. №6. С.816-819.
  3. Dehne M., Guzman F., Sheard B., Heinzel G., Danzmann K. Laser interferometer for spaceborne mapping of the Earth's gravity field. Journal of Physics: Conference Series. 2009. V.154. P.012023. https://doi.org/10.1088/1742-6596/154/1/012023
  4. Nardello M., Lintz M., C. Buy. Scattering paths in test optical bench for LISA mission. Frontiers in Optics 2020. OSA Technical Digest. Washington DC. United States. 2020. https://doi.org/10.1364/fio.2020.jtu1a.6
  5. Hechenblaikner G., Wand V., Kersten M., Danzmann K., Garcia A., Heinzel G., Nofrarias M., and Steier F. Digital laser frequency control and phase-stabilization loops in a high precision space-borne metrology system. IEEE Journal of Quantum Electronics. 2011. V.47. P.651-660. https://doi.org/10.1109/JQE.2011.2108637
  6. Александров Д.В., Дубров М.Н., Кравцов В.В. Изучение работы управляемых лазер-интерферометров на больших базах. Нелинейный мир. 2015. Т.13. №2. С.5-6.
  7. Дубров М.Н. Лазерные интерферометры с оптической обратной связью. IV Школа-семинар-выставка "Лазеры и современное приборостроение" (Санкт-Петербург 30-31 октября 1995 г.). С-Петербург. 1996. С.16-17.
  8. Bosch T., Servagent N., Donati S. Optical feedback interferometry for sensing application. Optical Engineering. 2001. V.40. №1. P.20-27. https://doi.org/10.1117/1.1330701
  9. Александров Д.В., Дубров М.Н., Кравцов В.В. Лазерный интерферометр на основе частотно-фазовой модуляции. Нелинейный мир. 2019. Т.17. №1. С.5-7.
  10. Минин Ю. Б., Крупник Е. С., Дубров М. Н. Прецизионный лазерно-интерферометрический измеритель расстояний и перемещений. Известия вузов. Приборостроение. 2018. Т.61. №10. С.892-896. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2018-61-10-892-896
  11. Александров Д.В., Дубров М.Н., Шатров А.Д. Особенности работы высокостабильных лазеров при подключении несогласованной оптической нагрузки. Радиотехника и электроника. 2011. Т.56. №9. С.1149-1152.
  12. Minin I., Bulatov I., Korobov N., Dubrov M., Fedorov M. Investigation of High-Precision Laser Instrument for Distance and Displacement Measurements. Frontiers in Optics + Laser Science 2021, C. Mazzali, T. Poon, R. Averitt, and R. Kaindl, eds. Technical Digest Series (Optica Publishing Group). Washington, DC, USA. 2021. https://doi.org/10.1364/FIO.2021.JTu1A.108