Четырехлучевой поляризационный интерферометр
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
О П И С А Н И Е л» ввввтэ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.01.76 (21)2317900/26-25 (51) М. Кл.
Ст 01 Я 21/46
Я 01 В 9/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет—
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий е (43) Опубликовано 25,12.77. Бюллетень №4 (45) Лата опубликования описания 24 12 (53) УБК, 533. 908 (088.8) И, А. Рокос и Л. А. Рокосова (72) Авторы изобретения
Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (71) Заявитель (54) ЧЕТЫРЕХЛУЧЕВОЙ ПОЛ ЯРИЗАЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР
Изобретение относится к прикладной оптике и измерительной технике и предназначено для измерений коэффициента преломления, Предлагаемое устройство может быть использовано для прецизионных линейных измерений, а также при исследовании различных оптических параметров, связанных с коэффициентом преломления.
Известны поляризационные интерферометры, для которых общим является наличие поляризованных лучей с различными направлениями колебаний электрического вектора, разность фаз между которыми измеряется, Общим недостатком таких устройств является невысокая помехоустойчивость и нестабильность их работы из-за наличия относительно большого количества элементов с различными степенями свободы при настройке.
Прототипом предлагаемого интерферометра является четырехлучевой поляризационный интерферометр, содержащий лазер, модулятор, два светоделительных элемента, четыре глухих зеркала, полуволновую фазовую пластинку, четыре четвертьволновые фазовые пластинки, четыре электрооптических кристалла, фотоприемник, усилитель, схему обратной связи и регистрирующее устро йство.
Принцип работы прототипа заключается в сле дующем, Луч лазера проходыт сквозь модулятор и при помощи двух светоделительных элементов делится на четыре луча. Благодаря
)О наличию полуволновой фазовой пластинки и четырех четвертьволновых фазовых пластинок на выходе интерферометра имеют место четыре попарно ортогональных луча, Изменение фазы двух лучей, прошедших дважды !
5 сквозь исследуемый объем, вызывает нарушение ортогональности лучей и появление переменной составляющей на выходе фотоприемника, которая усиливается узкополосным усилителем, Компенсация переменной
20 составляющей осуществляется приложением электрического напряжения на четыре параллельно подключенных электрооптических кристалла, два из которых выполняют роль фазового нониуса, à два предназначены для
25 автоматического поддержания работы прибо558579
55 ра в режиме его максимальной чувствительности.
Применение в прототипе электрооптичеси го фазового нониуса в качестве компенсатора позволяет достичь высокой точности измерений, однако при измерении предельно малых фазовых сме дений, когда необходима высокая чувсгвительность прибора, наличие компенсатора, состоящего из нескольких ощ ических элементов, снижает помехоустой- 10 чивость прибора, а тем самым и его чувс Гвитечьность
Для повышения чувствительности измерений в предлагаемом четырехлучевом поляризационном интерферометре первый све- 15 тоделительный элемент выполнен в виде склеенных прямоугольной призмы и ромба с полупрозрачным внутренним зеркалом и глухим наружным, второй светопелительный элемент выполнен в виде с,леенных между 2О собой равнобедр«.нной призмы и ромба с полупрозрачным внутренним зеркалом и двумя глухими BHetUHHMH зеркалами, и расположен над четвертьволновой фазовой пластинкой с глухим зеркалом на внешней стороне, а между торым светоделительным элеменччм и фазовой пластинкой на пути одной пары лучей установлены две дополнительные фазовые пластинки> поворачивающие соответственно плоскости поляризации лучей на угол
rде к — целое числî, а на пути другой пары лучей помещен исследуемый объем, Светопелительные элементы и фазовые пластинки объеш нены посредством оптического контакта в монолитный блок, На фиг. 1, 2 и 3 изображена схема предлагаемого четырехлучевого поляризацион- О ного ингерферометра в трех проекциях; на фиг. 4 — направления колебаний электрического вектора луча лазера П1 по огношению к оптическим осям П, rpe и -номер оптического элемента на фиг, 1,2 и 3, Устройство содержит в качестве источника света лазер 1, модулятор 2, два светоделительных элемента 3 и 4, исследуемый объем 5, фотоприемник 6, усилитель 7, регисч ирующее устройство 8, Первый светоцелитель 5о ный элемент 3 выполнен в виде склеенных между собой прямоугольной призмы 9 и ромба 10 с полупрозрачным внутренним зеркалом 11 и внешним глухим зеркалом
12, Второй светоделительный элемент 4 выполнен в виде склеенных между собой равнобедренной призмы 13 и ромба 14 с полупрозрачным внутренним зеркалом 15 и цв мя глухими внешними зеркалами 16, 17. Второй светоделительный элемент рас- бо положен над четвертьволновой фазовой пластинкой 18 с глухим зеркалом 19 на внешней стороне, Между вторым светодедительным элементом 4 и фазовой пластинкой 18 на пути опной пары лучей О и а установлены две фазовые пластинки 20 и 21, поворачивающие соответственно плоскости поля- ризации лучей на угол
+» g — у где К вЂ” целое число, а на пути другой пары лучей О и д помещен исследуемый
3 объем. Оптические элементы 3,4, 20, 21 и 18 соединены при помощи оптического контакта в монолитный блок.
Устройство работает следующим. образом, Луч лазера проходит через модулятор 2, в качестве которого применен электрооптический кристалл, ось которого повернута на
45 относительно направления колебаний электрического вектора луча, который становится эллиптически поляризованным с модулированной эллиптичностью, С помощью двух последовательно установленных светоделительных элементов 3,4 луч целится на четыре параллельных луча; два из них с\ и
О проходят сквозь исследуемый объем 5, а цва других «я@и с — сквозь фазовые пластинки 20 и 21, поворачивающие соответственно плоскости поляоизации лучей на угол / K< «3 I КЯ 1 где Х—
2 4/ 2 4/ целое число, Все четыре луча проходят сквозь четвертьволновую фазовую пластинку
18 с глухим зеркалом на внешней стороне.
После отражения лучи идут в обратном направлении по тождественным траекториям
Д и в результате их сложения на выхше интерферометра образуются пва взаимно ортогональных луча О =а + а И < > «м4, 4 интенсивность которых равна д2 — (lIsi Qt sin 2х), дЯ
"1 = —,1-5 иЯ1-sirr 2х).
6 4
Результирующие лучи al и О попапают на
5 дифференциальный фотоприемник 6, разностный ток которого равен
J = — & и Я1 si 2х т
СА
«Р 2 гпе С вЂ” чувствительность фотоприемника, Л вЂ” амплитуда луча лазера, Х вЂ” измеряемая разность фаз, Я вЂ” частота модилирующего напряжения, на которую настроен модулятор 2 и узкополосный усилитель 7.
55857 ) 78
Фиг. 2
Фиг. 1
Как следует из, уравнения для фототока, прибор является дифференциальным нул индикатором, работающим в режиме макси» мальной чувствительности, К преимушествам устройства можно отнести и его конструктивные особенности: все четыре луча проходят через одну и ту же четвертьволновую фазовую пластинку 18, поэтому неточности изготовления и юстировки влияют на результирующие лучи одинаково, а бла- 10 годаря дифференциальной схеме влияние неточностей взаимно исключается, Кроме того благодаря наличию фазовых пластинок 20 и 21 с осевой симметрией вдоль оси K u поэтому нВ нуждающихся в настройке чет- 15 вертьволновая фазовая пластинка 18 влияет на лучи по разному: азимуты осей эллипсов лучей а и ц меняются на 90;азимуты осей о. и 3 эллипсов лучей а > и О4 не меняю1 ся, но между ними возникает разность фаз Я . Настрой- 2g ла прибора осуществляется при сборке интерферометра при помощи оптического контакта. Монолитная конструкция и небольшие размеры обеспечивают надежную стабильность прибора, так как практически исключена расстройка интерферометра.
Формула изобретения
1, Четырехлучевой поляризационный интерферометр, содержаший лазер, модулятор, два светоделительных элемента, фотоприемник, усилитель и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повьппения чувствительности измерений, первый светоделительный элемент выполнен в виде склеенных прямоугольной призмы и ромба с полупрозрачным внутренним зеркалом и глухим наружным, ВТ0 рой светоделительный элемент выполнен в виде склеенных между собой равнобедренной призмы и ромба с полупрозрачным внутренним зеркалом и двумя глухими внешними зеркалами и расположен над четвертьволновой фазовой пластинкой с глухим зеркалом на внешней стороне, а между вторым светоделительным элементом и фазовой пластинкой на пути одной пары лучей установлены две дополнительные фазовые пластинки, поворачивающие соответственно плоскости поляризации лучей на угол
2 4 2 4 где K — целое число, а на пути другой пары лучей помещен исследуемый объем, 2. Интерферометр по п, 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что светоделительные элементы и фазовые пластинки соединены посредством оптического контакта в монолитный блок, 558579
П1
Фиг.3
Фиг. 4
Составитель Н. Решетников
Редактор И, !Пубина . Техред H. Бабурка КорректорЛ. Федорчук
Заказ 5011/29 Тираж 1101 Подписное
ИПИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д; 4/5
Филиал ГИ1П Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4