Поляризационный интерферометр
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
О П И С А Н И Е 940017
ИЗОВееЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 04.01.80 (21) 2870501/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (53 ) M. Кл.
G 01 N 21/21//
G 01 В 9/02
9теударстаеиаый комитет
СССР до делам изобретений и открытий
Опубликовано 30. 06, 82. Бюллетень № 24
Дата опубликования описания 30 .06. 82. (53) УЙК 535.8 (088. 8) (72) Авторы изобретения
И.А.Рокос (ЧССР) и Л.A.Рокосова
Всесоюзный научно-исследовательский институт" ... физико-технических и радиотехнических измерений (71) Заявитель (54) ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОИЕТР луча (11 и (21.
Изобретение относится к оптике и измерительной технике и предназначено для прецизионных линейных из-. мерений, а также для исследования оптических параметров прозрачных сред.
Известны поляризационные интерферометры, для которых общим является наличие двух лучей с различными состояниями поляризации, разность фаз между которыми измеряется. Для увеличения отношения сигнал/ шум используют модуляцию состояния поляризации входного или выходного
Недостатком известных поляри зационных интерферометров является то, что на их точность и пороговую чувствительность влияют искажение состояния поляризации лучей на полупрозрачном зеркале, вызывающее заразитную модуляцию, которую неаоэможно скомпенсировать, и наруше2 ние линейности аппаратной функции. нестабильность рабочей точки модуля тора.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является поляризационный интерферометр, содержащий оптически связанные источник линейно-поляризованного излучения, одно полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркала, образующие интерферометр Иайкельсона, две фазовые пластинки, расположенные в каждом плече интерферометра, на выходе интерферометра по ходу луча по" следовательно расположены модулирующий злектрооптический кристалл, on" тическая ось которого составляет угол 45 с плоскостью поляризации источника линейно-поляризованного излучения, анализатор, фотоприемник и блок обработки информации 13).
Недостаток устройства - невысокая, :точность измерений, вследствие искажения состояния поляризации интерферирующих лучей на полупрозрачном зеркале, нестабильности рабочей точки модулирующего электрооптического кристалла, невозможности использования анализатора в качестве внешнего компенсатора.
Цель изобретения — повышение точности измерений.
Указанная цель достигается тем, что в интерферометре одна из фазовыз пластинок установлена после модулирующего электрооптического кристалла перед полупрозрачным зеркалом на входе интерферометра Майкельсона и ее оптическая ось составляет угол
45 с плоскостью падения света на о полупрозрачное зеркало, причем обе фазовые пластинки являются четвертьволновыми
Оптическая ось второй фазовой пластинки параллельна плоскости падения света на полупрозрачное зеркало.
На фиг ° 1 изображена схема предлагаемого поляризационного интерферометра, на фиг. 2 и 3 - два возможных варианта ориентации оптических осей анизотропных элементов, нумерация которых соответствуетв фиг. 1. (нулевой азимут соответствует направлению, перпендикулярному плоскости падения полупрозрачного зеркала, лежащей в плоскости чертежа); на фиг. 4 - принцип работы интерферометра с помощью сферы Пуанкаре.
Устройство содержит источник 1 линейно поляризованного излучения, модулирующий электрооптический крис талл 2, интерферометр Майкельсона, состоящий из полупрозрачного зеркала 3 и двух непрозрачных зеркал 4 и 5, две четвертьволновые фазовые пластинки 6 и 7, анализатор 8 и фотоприемник 9.
Принцип работы описанного интерферометра удобно показан с помощью сферы Пуанкаре (фиг. 4). Благодаря анизотропным элементам 2 и 6 (фиг; ) на полупрозрачное зеркало 3 падает линейно поляризованный луч с переменным азимутом (состояние поляризации А на фиг. 4). На зеркале 3 луч делится на два луча, причем один из этих лучей, отраженный от непрозрачного зеркала 4, выходит иэ интерферометра с состоянием поляризации
А<, второй пуч, прошедший через чет0017 4 верть волновую пластинку 7, выходит с состоянием поляризации А . Используя матрицы Джонса, можно показать, что в результате сложения лучей с состояниями поляризации А и А обра»
z зуется луч с состоянием поляризации
А3, описывающий, благодаря модуляции, эллипс, лежащий в плоскости симметрии лучей. А А, причем точка
10 пересечения эллипса с большой окружностью LHR определяет измеряемую разность фаэ между интерферирующими лучами
Интенсивность выходного луча
t5 описывают: уравнением
g=g (1+уиЧ Ми у,-61иб (61их+ 51и2Ч )),(11
20 где 6= А 6o+ о&" 0< о - амплитуда модуляции фазы, Ьбо - нестабильность рабочей точки модулирующего кристалла, Р- - частота модуляции, Ч вЂ” угол поворота анализатора от начального азимута, Ч =+45
Для компенсации переменной составляющей интенсивности (ОА фиг. 4) анализатор А поворачивают на угол
Ч о
Ч „=-- или Ч =90 +(хЫ)в этом случае имеет место тождество OAgcos&=
= СОЬ y —— соиЫ; где oL=1/2 угла АЧ„ 0А3.
Таким образом, при компенса ции интен35 сивность луча на фотоприемнике 9 постоянна и не зависит от модуля— ции эллиптичиости входного луча. Из (1 ) видно, что выбранная ориентация оптических осей элементов и их взаимное расположение позволяют осуществить мультипликативную модуляцию типа яи (ф>о+6 1и9. )61и(М12Ф) в отличие от аддитивной модуляции типа а (алло rб 1и9Л+Хi2u)
1 что да ет возможност ь исключить влияние нестабильности рабочей точки модулирующего кристалла h6 на точность измерений.
Выбранная ориентация оптических осей и взаимное расположение анизотропмых элементов дает также возможность исключить влияние искажения состояния поляризации интерферирующих лучей на полупрозрачном эерка5 9400 ле 3, так как. последнее влияет на оба луча одинаковым образом. Действие полупрозрачного зеркала проявляется лишь в том, что плоскости, в которых при модуляции перемещаются интер ерирующие лучи А1 и 2 и результирующий луч А поворачиваются вокруг оси HV на yrол Ь.
Интерферирующие лучи, записанные матрицами Джонсона на выходе roche 10 полупрозрачного зеркала, выглядят в виде
А Г Sin(45 +(О(2))ЦМ
2. L со (46 +(0 /1)) 3 L yTy
А Гъ1и(46. ФИ)) (К Т е " ) 1>
2- LCO5 (46 +(О /Ю) 3 - уТу
1 где А - амплитуда луча, R Р ГT- соответственно амплитуде уапц ные коэффициенты отражения и пропускания для сос25 тавляющих линейно поляризованных лучей с азимутом
Ои 90о
Д- разность фаз между составляющими луча, воэникаю30 щими при отражении.
Интенсивность выходного луча после анализатора при этом равна
3=R R 1 Уи 29ЧиХ-Уиб(уиХ-ум 2ч)и у
- со 6 сом сов хч м ь1
Учитывая, что 6 представляет собой модулирующий сигнал, и разлагая уравнение в ряд Фурье, находим, что при работе на неветной гармонике величина b, не оказывает влияния ни на линейность компенсатора, ни на пороговую чувствительность. ф5
Кроме того, неравность коэффициентов ky и Ку, что приводит K изменению азимутов интерферирующих лучей, та кже не оказывает влияния. Выбра нная ориентация оптических осей эле50 ментов и их взаимное расположение дают возможность использовать анализатор, стоящий на выходе интерферометра, в качестве компенсатора. Одновременное удовлетворение. трем вышеуказанным требованиям дает
55 возможность довести пороговую чувствительность предлагаемого интерферометра до 10 Й.
17 6
Предложенный поляризованный интерферометр можно использовать и для исследований двупреломляющих объектов, в этом случае исследуемый объект устанавливат между. полупрозрачным зеркалом 3 и фаэовой пластинкой 7, причем азимут оптической оси
;исследуемого объекта должен быть равен 45о °
Формула изобретения
1. Поляризационный интенферометр, содержащий оптически"связанные источник линейно"поляризованного излучения, одно полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркала, образующие:интерферометр Иайкельсона, две фазовые пластинки, расположенные в каждом плече интерферометра, на выходе интерферометра по ходу луча последовательно расположены модулирующий электрооптический кристалл, оптическая ось которого составляет угол 45 с плоскостью поляризации источника линейно-поляризсванного излучения, анализатор, фотоприем ник и блок обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, одна из фазовых пластинок установлена после модулирующего электрооптического кристалла перед полупрозрачным зеркалом на входе интерферометра Иайкельсона и ее оптическая ось составляет угол 45 с плосо костью падения света на полупрозрачное зеркало, причем обе фазовые пла стинки я вляются чет верт ьволновыми.
2. Интерферометр по и. I, о т л и чающий с я тем, что оптическая ось второй фаэовой пластинки параллельна плоскости падения света на полупрозрачное зеркало.
3. Интерферометр по и. 1, о тл и чающий с я тем, что оптическая ось второй фазовой пластинки перпендикулярна плоскости падения света на полупрозрачное зеркало.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Швейцарии Ю 529991, кл. G 01 В 11/02, опублик. 1971.
2. Замков В.А., Радкевич В.Я. Сб. докладов Всесоюзного совещания
"Оптические и титрометрические анализаторы жидких сред", Тбилиси, 1971., ч. 2, с. 128.
3. Патент Франции N 2208518, кл. G 01 В9/00,,1974.
940017
Р,7
Фиг 2 ираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., A. 4/5 аказ илиал ППП атент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель В. Котенев
Редактор M. Голаковски Техред Т. Маточка Корректор Ю. Макаренко