ДИФРАКЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР Российский патент 1996 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к оптической измерительной технике и предназначено для контроля качества оптических поверхностей и систем.

Известен дифракционный интерферометр (см. Scott R.M. Scatter plate interferometer. Applied Optics, 1969, Vol.8, N 36, p.531 537), включающий когерентный источник излучения, систему формирования точечного источника излучения, проекционный объектив, светоделитель, рассеивающую пластину, объектив для наблюдения интерференционной картины и фотоприемное устройство. Недостатком такого прибора является невысокая точность измерения из-за наличия пятнистой структуры интерференционной картины. Пятнистая структура обусловлена статистическим характером интерференции света, рассеянного рассеивающей пластиной.

Пятнистая структура интерференционной картины устранена в интерферометре ( Je С.Н. Lee W.H. Kwon J.H. et al. Applied Optics, 1985, Vol. 24. N 14, p. 2042 ), включающем когерентный источник излучения, формирующую осветительную систему, проекционный объектив, светоделитель, вращающуюся рассеивающую пластину, четвертьволновую фазовую пластинку, устройство регистрации интерференционной картины с поляризатором на входе. Пятнистая структура устраняется вследствие вращения рассеивающей пластины. Однако, биения пластины при вращении приводят к снижению контраста картины полос, а, следовательно, и к снижению точности измерений.

Суть изобретения заключается в устранении погрешности измерений из-за наличия пятнистой структуры, зашумляющей интерференционную картину, путем усреднения этой структуры с помощью изменяющегося фрагментарного освещения неподвижной рассеивающей пластины. Такое освещение реализуется с помощью эффекта межмодовой интерференции в многомодовом волокне. В предлагаемом дифракционном интерферометре, включающем источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирующую осветительную систему, проекционный объектив, светоделитель, рассеивающую пластину и четвертьволновую фазовую пластинку с азимутом главной оси 45^o, и регистрирующее устройство, включающее оптически связанный со светоделителем поляризатор с азимутом оси пропускания, равным 0^o, формирующая осветительная система выполнена из последовательно установленных объектива, многомодового волокна, связанного с модулятором межмодовой интерференции, и поляризатора с азимутом оси пропускания 90^o.

Под модулятором межмодовой интерференции понимается класс устройств, способных изменять разность фаз между модами оптического волокна путем его растяжения, сужения, микроизгиба, изменения двулучепреломления, нагревания и т.п.

Принципиальная схема интерферометра приведена на фигуре 1. Интерферометр состоит из источника 1 когерентного излучения, формирующей осветительной системы 2, содержащей микрообъектив 2а, многомодовое волокно 2б и поляризатор 2в, модулятора межмодовой интерференции 3, выполненного в виде полого пьезокерамического цилиндра 3а, на который навито волокно, и звукового генератора 3б, от которого осуществляется возбуждение вибраций цилиндра, проекционного объектива 4, светоделителя 5, рассеивающей пластины 6, четвертьволновой пластины 7, устройства 8 для регистрации интерференционной картины с поляризатором 8а и фотокамерой 8б, контролируемой детали 9.

Интерферометр работает следующим образом. Микрообъектив 2а фокусирует излучение источника 1 на входной торец многомодового волокна 26. Выходной торец волокна 2б проецируется с помощью объектива 4 и светоделителя 5 на поверхность контролируемой детали 9. Многомодовое излучение с выходного торца волокна 2б освещает отдельные фрагменты рассеивающей пластины 6. Вид этого фрагментарного освещения непрерывно изменяется с помощью модулятора межмодовой интерференции. Для этого с помощью звукового генератора 36 возбуждают колебания пьезокерамического цилиндра 3а. Эти колебания приводят к периодической деформациям волокна 2б, навитого на цилиндр 3а. Деформации вызывают изменение разности фаз между модами волокна 2б и изменение распределения освещенности в картине межмодовой интерференции на рассеивающей пластине 6. При прохождении через рассеивающую пластину 6 световой поток разделяется на две составляющие: регулярную и рассеянную. Регулярная составляющая формирует на поверхности контролируемой детали 9 изображение выходного торца волокна 26, рассеянная составляющая освещает всю контролируемую поверхность. Рассевающую пластину устанавливают вблизи центра кривизны контролируемой поверхности. Попавшее на контролируемую деталь излучение отражается в направлении к рассеивающей пластине 6. При этом часть рассеянной составляющей проходит через пластину 6 и несет информацию о форме контролируемой поверхности (рабочая волна), а часть регулярной составляющей рассеивается на пластине 6 и формирует опорную сферическую волну. Рабочая и опорная волны интерферируют. Интерференционная картина формируется в плоскости регистрирующей части устройства 8, куда объектив 7 проецирует изображение поверхности контролируемой детали 9. Меняющееся фрагментарной освещение пластины 6 приводит к непрерывному изменению пятнистой структуры интерференционной картины, оставляя саму картину без изменений. При регистрации интерференционной картины контраст результирующей пятнистой структуры падает до нуля в результате усреднения по ансамблю меняющихся пятнистых структур. Поляризатор 2в преобразует деполяризованное излучение с выходного торца волокна 2б в излучение с вертикальной плоскостью поляризации. Четвертьволновая фазовая пластинка 7 поворачивает на 9О^o плоскость поляризации излучения, отразившегося от контролируемой поверхности. В результате указанных поляризационных преобразований рабочая и опорная волны и паразитные волны, отраженные от поверхностей рассеивающей пластины 6, имеют взаимноортогональные состояния поляризации. Поляризатор 8а обеспечивает гашение паразитных волн.

Интерферометр предназначен для контроля качества оптических деталей и систем. Сущность изобретения: с целью устранения погрешности измерение из-за пятнистой структуры, зашумляющей интерференционную картину в дифракционном интерферометре, включающем когерентный источник излучения, осветительную систему, проекционный объектив, светоделитель, рассеивающую пластинку, четвертьволновую фазовую пластинку с азимутом главной оси, равным 45 град, устройство для регистрации интерференционой картины с поляризатором, имеющим азимут оси пропускания, равный 0 град, выполняют осветительную систему в виде устройства с многомодовым оптическим волокном, которое соединяют с модулятором межмодовой интерференции, а перед выходным торцом волокна устанавливают поляризатор с азимутом оси пропускания 90 град., что приводит к усреднению пятнистой структуры с помощью меняющегося фрагментарного освещения неподвижной рассеивающей пластинки, что реализуется с помощью эффекта межмодовой интерференции в многомодовом оптическом волокне и приводит к уменьшению падения контраста интерференционной картины. 2 ил.

Дифракционный интерферометр с рассеивающей пластиной, содержащий источник когерентного излучения и последовательно установленные по ходу излучения формирующую осветительную систему, проекционный объектив, светоделитель, рассеивающую пластину и четвертьволновую фазовую пластину с азимутом главной оси 45° и регистрирующее устройство, включающее оптически связанный со светоделителем поляризатор с азимутом оси пропускания 0°, отличающийся тем, что формирующая осветительная система выполнена из последовательно установленных объектива многомоддового волокна, связанного с модулятором межмодовой интерференции, и поляризатора с азимутом оси пропускания 90°.