Многолучевой интерферометр
Иллюстрации
Реферат
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (1% 01) ЗШ G 01 В 9/02 // С 01 J 3 26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA г,.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
i(21) 3437532/18-25 (22) 06.05.82 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) И.A.Ðîêoñ (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (53) 531.715.1(088.8) (56) 1. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры. М., "Машиностроение", 1969, с. 22.
2. Волкова E.A. Энэина А.Л.
Измерение показателя преломлениятвердых тел.методами многолучевой интерферометрии. — "Измерительная техника", 1979, Р 2, с. 20 (прототип). (54}(57) МНОРОЛУЧЕВОИ ИНТЕРФЕРОМЕТР содержащий источник монохроматического излучения и по ходу луча два зеркала, образующие интерферометр
Фабри-Перо, гониаметр, установленный между зеркалами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, перед интерферометром Фабри-Перб установ.лен поляризатор, а между зеркалами интерферометра Фабри-Перо установлена фаэовая пластинка с азимутом оптической оси, повернутым на 45 относительно азимута поляризатора, причем толщина фазовой пластинки пропорциональна разности фаз между ортогонально-поляризованными составляющими проходящего света, рав- ной половине ширины интерференционной полосы, а после интерферометра
Фабри-Перо расположены поляризационный компенсатор, оптический модулятор с азимутом оптической оси кристаллов, параллельным азимуту поляризатора, анализатор с азимутом ripoпускания, повернутым на 45 относительно азимута поляризатора, и фотоэлектронный умножитель, выход которого соединен со входом узколосно го усилителя, который подключен к регистрирующему устройству.
1060939
Изобретение относится к оптике и измерительной технике и преДназна. чено для прецизионных линейных измерений, в частности для .измерения абсолютного значения показателя преломления образцовых мер, Известны многолучевые интерферометры, точность которых не превышает 0,01 Л С1 .
Однако при измерении показателя
Преломления образцовых мер, сличении мер длины и других подобных измерениях метрологического характера необходима более высокая точность, и требования к этому метрологическому параметру постоянно растут.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущюсти и достигае-, мому результату является многолучевой интерференционный гониометр, который предназначен для измерения показателя преломления образцового набора мер ) 2 .
Он состоит из источника монохроматического излучения, коллиматора, многолучевого интерферометра ФабриПеро, состоящего из двух стеклянных пластин с отражающими слоями, гонио метра, расположенного между пластинами Фабри-Перо, и фотографического устройства. Измерение коэффициента преломления с помощью прототипа осуществляется .следующим образом, Исследуемую пластину устанавливают на столике гониометра и фотографируют интерференционные картины при трех углах падения лучей на нее. По измеренным диаметрам интерференционных колец рассчитывают оптическую разность хода для осевого луча.
Показатель преломления определяют по измеренным углам падения и рассчитанным порядка интерференции.
Недостатком известного гониометра является невысокая точность измерения, составляющая 0,01 интерференционной полосы.
Цель изобретения — повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в многолучевом интерферометре, содержащем источник монохроматического излучения и по ходу луча два зеркала, образующие интерферометр Фабри-tfepo, гониометр, установленный между зеркалами, перед интерферометром Фабри-Перо установлен поляризатор, а между зеркалами интерфометра Фабри-Перо установлена фазовая пластинка с азимутом оптической оси, повернутым на 45 ото носительно азимута поляризатора,при-. чем толщина Фаэовой пластинки пропорциональна разности фаз между ор» тогонально поляризованными составляющими проходящего света, равной половине ширинй интерференционной полосы, и после-интерферометра Фабри-Перо расположены поляризационный компенсатор, электрооптический модулятор с азимутом оптической оси кристаллов, параллельным азимуту пол .ризатора, анализатор с азимутом пропускания, повернутым на 45 о относительно азимута поляризатора, и фотоэлектронный умножитель, выход
10 которого соединен со входом узкополосного усилителя, который подключен к регистрирующему устройству.
На фиг, 1 изображена схема мно« голучевого интерферометра; на фиг. 2 — амплитуды составляющих луча, а также оптические оси анизотропных элементов, нумерация которых свидетельствует нумерации, приведен. ной на фиг. 1у на фиг. Э - зависимость выходного сигнала узкополосно
20 го усилителя U от фазового смещения Ф; на фиг. 4 — функции Эйри для лучей, поляризованных соответственно в плоскостях о = (110) и
p = (110 ) а также аппаратная функ ция устройства 0 = Е (с ).
Устройство состоит из источника монохроматического излучения 1, поляризатора 2, зеркал интерферометра
Фабри-Перо 3 и 4, Фазовой пластинки
30 5, гониометра б, на столике которого установлена исследуемая пластина 7, поляризационнйй комйенсатор, например компенсатор Бабине 8,электрооптического модулятора 9, анализа35 тора 10 диафрагмы 11, фотоэлектронного умножителя 12, узкополосного усилителя 13 и регистрирующего уст- ройства 14.
Иноголучевой интерферометр рабо40 тает следующим образом.
Линейно поляризованный луч с азимутом электрического вектора 0
О входящий в интерферометр Фабри-Перо, образует благодаря фазовой пластинке 5 две ортогональные линей но поляризованные составляющие, причем оптический путь их различный. Толщина фазовой пластинки 5 подобрана таким образом., чтобы между составляющими луча образовался фазовый сдвиг, равный половине относительной ширины интерференционной полосы (p/2 на фиг. 4 ). Обе ортогональные составляющие, поляризованные в плоскостях о = (110 ) и р =
= .(110) соответственно, образуют две независимые интерференционные картины, которые смещены относительно друг друга на ширину полось ра (фиг. 4 ). Осевой луч на выходе интерферометра в общем случае эллиптически поляризован с эллиптичностью, которая зависит от фазового смеще- ния,и . Отношение интенсивностей ортогоыальных составляющих зависит
1060939
А =A cosg- р (6+» + Е" х }
Г х- -12 д зiп = р ф+x - 1-х ) (61 у - 2 от разности фаз лучей в интерферо" метре d",,т.е. от оптической длины интерферометра е = ЕЬ п . При 02=й—
6= — + 6оsln Qt (7).,где Q — часJl тота модуляции. Интенсивность луча после анализатора 10, плоскость поляризации которого имеет азимут 45 равна созе=
=3@(1+ хс05 6} (e)
Перед ФЭУ 12 установлена диафрагма
11 с диаметром . ф = 0,1 мм с целью, чтобы в измерейии участвовал только. осевой луч. Если узйополосный усилитель 13 настроен на первую гармонику, то на выходе имеем сигнал с амплитудой, равной Ц„ = 43 3„(6 }<6
Относительная ширина интерференционной полосы Х4. и крутизна k связаны с коэффициентом отражения зеркал (1 ):
1-р > 2УЯ у 1)
Если р = 0 9б, то p. = 0,04,1с =50.
Если p = 0,98, то = 0,02,% 100. . Для того, чтобы исключить влияние искажения состояния поляризации луча при падении на наклонную пластину, необходимо, чтобы ось вращения столика гониометра была перпендикулярна плоскости нулевого азимута, которая совпадает с плоскостью падения луна на исследуемую пластину.
Л = 2 ; М = 23 1 Я = Л +А =23 (21
Таким образом, небольшое изменение фазы Ф не вызывает. изменения 4р суммарной амплитуды, однако приводит к значительному повороту плоскости о поляризации на угол д"= 45 -.Е
В многолучевом интерфометре не имеет места измерение разности хода произвольной величины, а производится установка таких углов падения луча на исследуемую пластину — e; при которых. -разность хода, изменяется на Й, причем острота аппарат ной функции 02 = f(g 1 (фиг..4 1 в рабочих точках позволяет фиксировать интервалы фазовых смещений кратных
2й с точностью + 1 ° 10 рад., что позволяет повысить точность измерений показателя преломления исследуе. мых пластин. Кроме того, многолучевой интерферометр может найти применение в системах автоматической подстройки положения зеркал резонаторов, для контроля вариаций коэффициента преломления сред, заполняющих интерферометр, который может быть связан с температурой, плотностью, койцентрацией примесных атомов, напряженностью электрического или магнитного поля и т.д.
Ф где
Ь Г х =Иге ЬЯ =oil с 4$g t (3} д 1 +»
О причем х = 2к d и к - крутизна функции Эйри в рабочей точке. Из (31 находим: э п Е= — 1 соз Е= — (4)
ГХ ..Г1+ к
1 2
S
2 (s)
Волновая функция луча после элект, рооптического кристалла 9, азимут 6р оптической оси которого 0, имеет о
А Е вид х, где
У. имеем 0 = N + поэтому
М
2 & 2 2 обе интенсивности равны, и если эллиптичность выходного луча в процессе настройки скомпенсирована с помощью компенсатора Бабине 8, то.на Щ выходе интерферометра имеет место линейно поляризованный луч с азимутом электрического вектора Оо.
Увеличение оптической длины интерфе1 рометра приводит. к одинаковому фазовому смещению Фдля обеих составляющих. Небольшое изменение фазы на угол д приводит к значительному увеличению амплитуды A g и к такому же уменьшению амплитуды Ар (фиг. 2), что является причиной значительного ,:поворота плоскости поляризации лу,ча на выходе интерферометра. Если
:интенсивность обоих составляющих лежащих в плоскостях р" и Р . одинакова и в максимуме равна,3р, то в рабочей точке интерферометра, где крутизна функции Эйри максимальна, обе интенсивности равны 1, и
2 О амплитуды равны A = Aд = (Зр . При увеличении р имеем(фиг. 2):
1060939
Составитель Г.уткин
Редактор В. Ковтун Техред Т.Фанта Корректор О. Тигор
Заказ 10024/41 Тираж 602 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4