Поляризационный интерферометр
Иллюстрации
Реферат
e s -.ó:.4ьт:а ось еааеа Ф а4(4 фК((е т4ВА
Союз Советских
Социалистических . Республик
О П И С А Н И Е ()(зызоз
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 14.01.75 (21) 2097088/26-2 (51) M. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет
Cr 01 N 21/46
С+ 01 В 9/02
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) Онублнхонано26,12,77. Бюллетень ь3471(63) ул(к533 о рБ (088.8) (45) Дата опубликования описания18.01.78 (72) Авторы изобретени,и
И. А. Рокос и Л, А. Рокосова
Всесоюзный научно исследовательский институт физикотехнических и радиотехнических измерений (71) Заявитель (54) ПОЛЯ РИЗАБИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР
Изобретение относится к прикладной оптике и измерительной технике и предназначено для измерения параметров плазмы и высокотемпературных газовых потоков, в частности . концетрации нейтральных атомов и.электронов. Предлагаемое устройство ожет быть использовано в метрологии при прецизионных линейных измерениях,а также при исследовании оптических параметров прозрачных сред. 10
Известны поляризационные интерферометры, для которых общим является наличие двух лучей с различными направлениями колебаний электрического вектора„ разность
/ фаэ между которыми измеряется.
Проз отипом -предлагаемого устройства является поляризационный интерферометр с двумя ортогонально поляризованными луча.— ми, содержащий лазер, модулятор, компенсатор, светоделительный элемент, два. rnyхих зеркала,фотоприемник, узкополосный усилитель и регистрирующее устройство..
Принцип работы его заключается в следук)шем. 25
Луч лазера де)тится с помощью двояконреломлякшей призмы на обыкновенный и необыкновенный лучи, которые благодаря глухо6 му зеркалу дважды проходят соответственно через исследуемый и эталонными объекты.
Сложение лучей происходит с помощью линзы той же призмы, затем суммарный луч проходит через модулятор, роль которого выПОЛНЯЕт ВРашаЮЩаЯСЯ ЧБатВЕРтЬВОЛНОВаЯ фазОвая пластинка, компенсатор, в качестве которого применен анализатор, и попадает на
)фотоприемник;. Компенсируя поворотом анализатора йеременную составляюц(ую фототока, определяют разность хода лучей.
Точность измерений в прототипе," которая составляет 5 х10 Л недостаточна, например, при измерении концентрации электронов слабо ионизированных газов. Кроме того,i, модуляция и компенсация осуществляются механическим способом, что понижает точность измерения и исключает его применение при исследовании импульсных процессов, Бель изобретения — повышение точности измерения.
516303
Зто достигается тем, что в интерферометр введены делитель луча, расположенный на пути луча, выходящего из модулятора, полуволновая фазовая пластинка, установленная на пути одного из лучей, идущих от делите ля, и четыре четвертьволновые фазовые пластинки, расположенные перед глухими концевыми зеркалами для получения двух пар ортогональных лучей „ на пути которых установлены четыре электрооптические кристалла, включенных параллельно с осями, повернутыми на 45О по аУйошению к плоскости поляризации луча лазера, причем два кристалла, расположенные нЪ пути каждой пары ортогональных лучей, проходящих соответственно через исследуемый и эталлонный объекты, имеют разные длины, выбираемые в отношении (10"+ 1): 10, где я*1-5, два друг>йх кристалла имеют одинаковую длину.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого поля риэационного интерферо метра на фиг, 2 изображены направление колебаний электрического вектора пуча лазера П и направления -оптических осей кристаллов и
25 фазовых пластинок:П, где n — номер эле мента на фиг. 1.
Устройст во содержит в качестве источника света лазер 1, модулятор 2 эллиптичности луча, делитель луча, выполненный в виде глухого зеркала 3 и полупрозрачного зеркала
4, глухие зеркала 5, 6, 7 и 8, полупрозрачное зеркало 9, фазовую пластину @ 10, фазовые пластинки + 11, 12, 13, 14, электрооптические, кристаллы 15, 16, 17, 18, исследуемый объект 19, эталонный объект 20, фотоприе мник 2 - „, узкополосный усилитель 22, схему 23 обратной связи и регистрирующее устройство 24.
Луч лазера проходит через модулятор „, в качестве которого применен э ектроопти4S ческий кристалл, ось которого повернута на 45 о гносительно плоское ъ поляризации излучения лазера которое стачовится эллин> тически поляризованным с модулированной эллиптичностью>. Зеркала 3, 4, 9 целят луч
Si лазера на четыре пуча, два из них й» и &> проходят сквозь исследуемый объект, а два других & и & >, сквозь >pалонный объект .
Ъ
Фаэовые пластинки 10, 11, 12, 13 обрезуют две пары ортогонально попяризован55 ных лучей 3,, Д и&, й„. В результате
СЛОЖЕНИЯ ЛУЧЕЙ й»+ & И ая+ &чВОЗНИКаЮт два взаимно ортогональных луча а и & которые попадают на фотоприемник 21,»
Нарушение ортогональности происходит при наличии исследуемого вещества в исследуемом объекте, при этом переменная составляющая шототока имеет вид. где С - чувствительность фотоприемника, А — амплитуда излучения лазера, % — измеряемая разность фаз.
6, В, 82,У, 9Ч - фазовые смещения между обыкновенными и необыкновенными составляющими лучей, создаваемые соответственно электрооптическими кристаллами 2, 15, 16, 17, 18.
Кристаллы 16 и 18,,которые расположены соответственно на пути лучей а и п ; одинаковые, и поскольку к ним приложено одинаковое напряжение, то фазовые смещения, создаваемые ими, равны, т.е. У» "- 8i»
Кристаллы 16 и 17, расположенные соответственно на пути лучей и .& & выполняют роль фазового нониуса, поскольку длина кристаллов отличается на небольшую величину, характеризующую точность измерении, причем разность фаз Ь 8 - пропорцио- . нальна приложенному напряжению U . Отношение длин кристаллов 16 и 17 составляет (10 + 1): 10; причем величина 10 является пеной, деления фазового ..нониуса.
Переменная составляющая фототока компен. сируется с помощью фазового нониуса, который восстанавливает ортогональность выходных лучей интерферометра йв и &<. Условием компенсации является выражение при этом на выходе узкополосного усилителя 22 напряжение равно О. Измеряемую величину Х,определяют по напряженню U, приложенному к кристаллам 15, 16, 17, 18 от схемы обратной связи 23, на выхо— де которой подключено регистрирующее устройство 24. Из выражения для переменHok составляющей фототока следует, что поскольку О = М (где Q. -частота, на которую настроены модулятор 2 и узкополосный усилитель 22), интерферометр работает в режиме нуль-индикатора, Как видно из уравнения, для того, чтобы фазовый нониус
Y постоянно работал в режиме максимальной чувствительности, необходимо, чтобы при любых напряжениях 6» g 45 . -.Измерение очень малых значений Х, когда компенсация осуществляется напряжением, при котором 8.1 и В порядка нескольких градусов, можно производить без кристаллов 15 и 18.
Применение четырех, попарно ортогональных поляризованных лучей C модулированной эплиптичностью совместно с электрооптичесб жащий лазер, модулятор, компенсатор, оптическую систему, включающую в себя светоделительный элемент и два глухим концевых зеркала, фотоприемник, узкополосный усилитель и регистрирующее устройство, о тп и Чаю щи йся тем, что, сцельюповыщения точности измерения, в него введены полуволновая фазовая пластинка, установленная на пути одного из лучей, идущих от светоделителя, и четыре четвертьволновые фвэовые пластинки, расположенные перед глухими концевыми зеркалами для получения двух
rap ортогональных лучей, на пути которых установлены четыре электрооптических кристалл,,,включенных параллельно с осями, повернутыми на 45 относительно плоскости поляризации .туча лазера, причем ass кристалла, расположенные на пути кажлой пары ортогональных лучей, проходящих соответственно через исследуемый и эталонный объекты, имеют разную длину, а два других кристалла имеют одинаковую длину.
2. Интерферометр по п. 1, о т л и ч и ю шийся тем, что, длины двух кристаллов, имеющих разную длину, относится как (10 + 1): 10", где п1-5.
516303 ким фазовым нониусом позволяет повысить точность измерений в 4х10 раз по сравнению с прототипом. Показатель Tl выбирается в пределах =1-5 с учетом предлагаемого значения измеряемой величины, полу5 волнвго напряжения электрооптических кристаллов и условий термостатирования и помехоустойчивости !интерферометра. Например, используя в качестве фазового нониуса кристаллы с полуволновым напряжением 5005 длина которых составляет 100 мм и 100,1мм (ll =3), измеряемая разность фаз порядка
«6
10 Я компенсируется приложением относительно большого напряженйя 4ф . Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать ве сь ма малые фазовые с ме щения е относительно большие электрические напряжения, К преимушествам устройства можно отнести не только его высокую точность и чувствительность, но и отсутствие какой- 2О либо механики при осуществлении модуляпии и компенсации измеряемой величины, что позволяет использовать устройство при иследовании импульсных процессов.
Формула изобретения
1. Поляризационный интерферометр с ортогональна поляризованными лучами, ".îäåð
515303
Составитель Н, Решетникова
Редактор Н. Коляда Техред С. Ьеца Корректор В. Сердюк
Заказ 5005/28 Тираж 1101 Подписное
БНИИПИ Государственного комитета Совета Министрвов СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППГ! Патент". r. Ужгород, ул. Проектная, 4