Поляризационный интерферометр сдвига Советский патент 1984 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерител ной технике, в частности к оптически интерференционным приборам, служащим для измерения параметров световых пучков (перемещений, угловой расходимости, пространственной когерентности) , а также оптических передаточных функций контролируемых объе тов (-например, объективов). Известны поляризационные интерферометры сдвига, в которых сдвиг во новых фронтов осуществляется с помощ устройств в виде плоскопараллельных пластинок и клиньев (как в otдeльнoc ти, так и в их сочетании), изготавли ваемых из двупреломляющих кристаллов исландского шпата (СаСО,), кварца (SiO) lj. Недостатком известных интерфероме ров является то, что высокая чувствительность измерений достигается ли при работе со световыми пучками, обладакщими малыми углами сходимости ( i ;&10°). Наиболее близким по технической с ности к изобретению является поляриза1Шонный интерферометр сдвига, соде ржащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического поляризованного излучения и кол лиматора, столик, установленный с возможностью поперечного перемещения , бифокальную линзу, расположенную на столике, и анализатор 2j . Измерение разности хода, вносимой контролируемым объектом, производится методом компенсации путем поперечного сдвига второй бифокальной линзы. Отсчет разности двух поло жений компенсатора показывает измеря мую разность хода. Известный интерферометр по принци пу своего действия является интерфер метром поперечного сдвига, т.е4 он позволяет проводить измерения разнос ти хода в направлении, перпендикулярном оси прибора. Таким образом, известный интерферо метр может давать информацию об оптической передаточной функции контролируемого объекта только в поперечном измерении (х,у). Целью изобретения является обеспечение возможности измерения продольного сдвига. Поставленная цель достигается тем что поляризационный интерферометр сдвига, содержащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического поляризованно зкэ излучения и коллиматора, столик, установленный с возможностью поперечгого перемещения, бифокальную линзу, расположенную на столике, и анализатор, снабжен четвертьволновой пластинкой, установленной между коллиматором и бифокальной линзой так, что, оси .четвертьволновой пластинки составляют угол 45 с осями бифокальной линзы, анализатор расположен под углом 45 к оптическим осям бифокальной линзы, а столик выполнен с возможностью продольного перемещения. На фиг.1 изображена принципиальная схема поляризационного интерферометра сдвига; на фиг.2 - взаимное расположение осей бифокальной линзы, осей четвертьволновой пластинки и оси анализатора, а также вид интерференционного растра при фокусировке лазерного пучка в геометрическом центре (точка 8 ) бифокальной линзы. Интерферометр (фиг.1) содержит осветительную систему, состоящую из источника 1 излучения (лазера) и коллиматора, включающего в себя микрообъектив 2, диафрагму 3 и коллиматорный объектив 4, четвертьволновую() пластинку 5, ориентированную под углом 45 к вектору электрических колебаний лазерного излучения, столик 6, на КОТОРОМ укоеплен контролируемый объект 7 (например, :объектив), формируннций сходящийся лазерный пучок, бифокальную линзу (БЛ) 8 в качестве сдвигающего элемента, укрепленную на прецизионном столике 9, обеспечивающем управление перемещением БЛ в продольном (вдоль оси2) и в поперечном (вдоль осей X и у ) направлениях, анализатор 10, установленный под углом 45°по отнощению к оптическим осям БЛ, и экран 11 для визуализации формируемой интерференционной картины. БЛ 8 состоит .из двух склеенных сферическими поверхностями линз из двупреломляющего кристалла (например, СаСр или Si 0):плоско-вогнутой линзы 12 и плоско-выпуклой линзы 13, имеющих ортогональную ориентацию оптических осей (а, и а ). Угол между осями БЛ и осями четвертьволновой пластинки 5 и угол между осью анализатора и осями БЛ составляет 45 . При таком угле достигается максимальная контрастность интерференционных полос растра. Введение в 3 устройство четвертьволновой пластинки 5 создает циркулярно поляризованный световой пучок, что позволяет ос ществить привязку оптических осей к координатным осям Х,,Z прецезионного столика 9, где X - горизонтальная ось (в описываемом интерферометре ось X параллельна оптической оси БЛ в плоско-вогнутой линзе 1 U - вертикальная ось (в описываемо интерферометре ось у параллельна о тической оси БЛ в плоско-выпуклой линзе 13). Указанное расположение ос имеет значение для удобства анализа интерференционных растров. Четвертьволновая( 14) пластинка 5 (где 1 - длина волны) служит для преобразования линейнополяризованног излучения ( ) в циркулярнополяризованное (О ). Это происходит бла годаря возникновению дополнительной разности фаз 90 между двумя волнами равной интенсивности, поляризованными во взаимноперпендикулярных направлениях. Для создания такой разно ти фаз используется кристаллическая пластинка (например, из одноосного кристалла-кварца кристаллического). Четвертьволновая пластинка вырезаетс в плоскости главного сечения, содержащего оптическую ось кристалла. Направление, совпадающее с оптической осью пластинки, и направление, перпендикулярное к этой оси, называют главными осями четвертьволновой пластинки, вдоль которых скорости распространения обыкновенной и необы новенной волн различаются на максимальную величину. Интерферометр работает следующим образом. Лазерный пучок от источника 1 монохроматического поляризованного излучения после расширения его коллиматором, включающим микрообъектив 2, диафрагму 3 и коллимирующий объектив 4, с помощью четвертьволновой пластинки 5 преобразуется из линейнополяризованного в циркулярнополяризованный и когерентно освещает кон ролируемый объект 7 (например, объек тив), который, перемещаясь с помощью столика 6, фокусирует лазерный пучок в точку пространства с координатами-X , у , г; , внутри или вне БЛ. Лазерный пучок с углом сходимости i проходя через БЛ, расщепляется на дв пучка: обыкновенный : (о) и необыкновенный (е), причем разность хода 334 между о- и е-пучком зависит от положения фокуса. Далее 0. и е -пучки с ортогональной поляризацией попадают на анализатор 10, где происходит их фотосмешение и возникает пространственно нелокализованная интерференция в виде чередуюпщхся светлых и темных полос определенного контура. Для получения наибольшего контраста интерференционных полос анализатор 10 ориентирован под углом 45 к оптическим осям БЛ, Интерференционный растр визуализируется на экране 11, помещаемом на удалении порядка 20 см и более от БЛ. При малых угловых или линейных перемещениях контролируемого объекта 7, а также при изменении угла i сходимости вид интерференционного растра меняется. Восстановление первоначального вида растра достигается путем трехкоординатного управления плавным перемещением БЛ с помощью прецизионного столика 9. Для иллюстрации на фиг.2 представлен гипербоЛический интерференционный растр, который формируется при центральном (.осесимметричном) перемещении фокусированного лазерного пучка внутри БЛ, причем для положения фокуса в центре БЛ (фиг. 1, точка В), гипербол будут равнобочными по отношению к асимптотам АВ и CD (фиг.2) а при смещении фокуса в точки : а и d (фиг.1) гиперболы будут поiстепенно деформироваться. Для фиксированной точки в БЛ с изменением угла j будет меняться число гипербол. При заданном угле 1 сходимости лазерного пучка разность хода, интерферирующих лучей БЛ удобно измерять по числу.полос, наблюдаемых на экране 11 в направлении оси Ij , т.е. под углом 45 к асимптотам А & и Ср (фиг.2). Разность хода, создаваемая настройкой интерферометра, выражается , .. где АО Cno- elj e 8 разность ода при нормальном падении на БЛ ( i 0) в точку М , удаленную на от центра О tля БЛ высотой 20 мм с малым эквивалентным углом при вершине (фиг.1) и при 1- 10° расчетная величина разности хода Д оказывается порядка длины волны , что соответствует двум интерференционным полосам.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЬЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР СДВИГА, содержащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического поляризованного излучения и .коллиматора, столик, установленный с возможностью поперечного перемещения, бифокальную линзу, расположенную на столике, и анализатор, отличающийся .тем, что, с целью обеспечения возможности измерения продольного сдвига, он снабжен четв.ертьволновой пластинкой, установленной между коллиматором и бифокальной линзой так, что оси четвертьволновой пластинки составляют угол 45 с осями бифокальной линзы, анализатор расположен под углом 45 к оптическим осям бифокальной линзы, а столик выполнен с возможностью про(Л дольного перемегаения. (Put.l