Гомодинный квадратурный интерферометр перемещений. Моделирование

In this paper, based on the Jones matrix formalism, we describe the optical scheme of a single-pass homodyne displacement interferometer with a quadrature phase detection principle. The interferometer is built according to the Michelson scheme, and polarizing optical elements are used to obtain quadrature signals with a phase shift of 90°. The interferometer is supposed to be used as part of a new Russian standard of the kilogram based on watt balance for precision measurements of the displacement and speed of the coil in the vertical direction. The results of modeling the optical scheme of the interferometer are considered in order to assess the effect on the measurement accuracy of the imperfection of the polarizing elements and their alignment. An algorithm for correction of nonlinearity arising in the quadratic detection of interference signals is also considered. The results of experimental testing of a homodyne displacement interferometer with a quadrature principle of phase registration are carried out.

Watt Balance

To 1960 στο συνέδριο Μέτρων και Σταθμών έγινε πρόταση όλες οι χώρες να χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα μονάδων και έτσι δημιουργήθηκε το Διεθνές Σύστημα Μονάδων S.I ( International System of Units). Το μέτρο (m) είναι μια από τις θεμελιώδεις μονάδες του S.I και αρχικά ορίστηκε ως η απόσταση στους 0ο C μεταξύ δύο χαραγών πάνω σε μια ράβδο από ιριδιούχο λευκόχρυσο, που φυλάσσεται στο Διεθνές Γραφείο Μέτρων και Σταθμών στο Παρίσι. Αντίγραφα αυτού του προτύπου στάλθηκαν σε διάφορες χώρες. Δυστυχώς όμως τα μεταλλικά πρότυπα αλλοιώνονται με την πάροδο του χρόνου με αποτέλεσμα το μήκος τους να υφίσταται μικρές μεταβολές , που είναι όμως σημαντικές για τις μετρήσεις της σύγχρονης επιστήμης. Έτσι το 1983 το μέτρο ορίστηκε ξανά ως η απόσταση που διανύει το φως στο κενό σε χρόνο . Με δεδομένο ότι η ταχύτητα του φωτός είναι ακριβώς 299.792.458 m/s και αποτελεί μια φυσική σταθερά και η μονάδα μήκους (m) έχει καθοριστεί πλήρως. Παρόμοιο πρόβλημα είχαμε και με τη μονάδα μάζας (kg). Το 2011 έγινε μια προσπάθεια να καθοριστεί το (kg) με τη βοήθεια της σταθεράς του Planck h = 6,6260693x10^(-34) J.s. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για τον καθορισμό του χιλιόγραμμου ,ονομάζεται Watt Balance ή Kibble Balance προς τιμή του εφευρέτη της Bryan Kibble. Στην παρούσα εργασία έγινε μια προσπάθεια μέτρησης της μάζας με τις αρχές της μεθόδου Kibble Balance.