Интерферометр Майкельсона (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01J3/26 

1

2.Интерферометр по п.1, о т л и чающийс-я тем, что в качестве электрооптических элементов использованы ячейки Керра, а электроды установлены так, что направление вектора поляризации электрического поля параллельно направлению пропускания поляризатора или составляет с ним и оптической осью соотв-етствующего плеча интерферометра угол 90.

3.Интерферометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве электрооптических элементов использованы одноосные электрооптические кристаллы, оптические оси которых ориентированы параллельно направлению пропускания поляризатора, а .электроды расположены перпендикулярно оси кристаллов.

0683

4.ИнтерферометрМайкельсона, содержащий плоскопараллельное полупрозрачное зеркало и два глухих зеркала, образующие вместе с полупрозрачным зеркалом первое и второе плечи, расположенные под углом 90друг к другУ и под углом 45° к полупрозрачному зеркалу, причем в первом плече глухое зеркало установлено на пьезокерамике с возможностью перемещения вдоль оптической оси этого плеча, отличающийся тем, что, с целью увеличения спектрального диапазона анализируемого излучения, во втором плече глухое зеркало также установлено на пьезокерамике с возможностью перемещения вдоль оптической оси этого плеча, в первом плече установлен электрооптический элемент, а на входе интерферометра - линейный поляризатор.

1.Интерферометр Майкельсона, содержащий плоскопараллельное полупрозрачное зеркало и два глухих зеркала, образующих вместе с полупрозрачным зеркалом первое и второе плечи, расположенные под углом 90 ДРУГ к другу и под углом 45 к полупрозрачному зеркалу, причем в первом плече глухое зеркало установлено на пьезокерамике с возможностью перемещения вдоль оптической оси этого плеча, а в каждое из плеч помещено по одному злектрооптическрму элемен ту с электродами, подключенными к источнику питания, отличающийся тем, что, с цеАью увеличения спектрального диапазона анализируемого излучения, электрооптические элементы изготовлены из разных электрооптических материалов, О) а на входе интерферометра установлен линейный поляризатор. J СО о 05 00 со

f

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для определения спектральной структуры излу1чения и проведения спектрального анализа, например изотопического и

др.

Цель изобретения - расширение спектрального диапазона излучения, анализируемого интерферометром.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - вариант блоксхемы; на фиг.З - зависимость разницы длин оптических путей в обоих плечах интерферометра от длины волны.

Устройство состоит из полупрозрачного зеркала 1, зеркал 2 и 3 с высоким коэффициентом отражения, пьезокерамики4, на которой установлено одно из зеркал интерферометра, электрооптических элементов 5 и 6 (ячейки Керра или одноосные электрооптические кристаллы), помещенных в плечи I и П интерферометрау линейного поляризатора 7.

Интерферометр работает следующим образом. На электрооптические элементы 5 и 6 подают переменное (например, синусоидальное с частотой «j«J) электрическое напряжение. Фазы

переменных электрических сигналов, подаваемых на элементы 5 и 6, таковы, что изменения длин оптического

пути в обоих элементах одинаковы по знаку, а величины напряженностей

электрического поля подобраны так, что разность оптических путей в обоих элементах равна нулю для определенной Длины волны Л в каждый момент

времени и не равна нулю для всех остальных длин волн.

Интерференционные картины для длин волн Л, отличных от АО будут полностью замываться, если разность

длин оптических путей между зеркалами 1 и 2 и 1 и 3 для них изменяется элементами 5 и 6 не менее чем на величину |. Если скорость изменения этой разности длин оптических путей

элементами 5 и 6 много больше, чем скорость изменения расстояния между зеркалами 1 и 2 пьезокерамикой 4, то интерференционную: картину на этих длинах волн не записывают. Записывают

при этом только интерференционную картину для излучения с длинами волн вблизи А . Для этого пьезокерамикой 4 определенной частотойо, (uJ,) перемещают зеркало 2 и с помощью фотоприемника, расположенного за диафрагJ . . .

мой, находящейся в фокальной плоскости собирающей линзы, установленной за интерферометром, регистрируют интерференционную картину. Изменяя напряженность электрического поля на одном из электрооптических элементов 5 и 6, смещают область длин волн, в которой изменение разности длины оптических путей в интерферометре между зеркалами 1 и 2 и 1 и 3 равна или близка к нулю и в которой возможна запись интерференционной картины. Таким образом снова получают интерференционнзоо картину, из которой определяют спектральную структуру излучения или по . которой проводят анализ. Таким образом, интерференцию наблюдают последовательно для длин волн в диапазоне, намного большем (в 10 ) области дисперсии Д/1 интерферометра. Этот диапазон ограничен областью, прозрачности электрооптических элементов 5 и 6.

Электрооптические элементы 5 и 6 могут быть изготовлены из материалов, обладающих линейным или квадратичным электрооптическим эффектом.Для элемента, изготовленного из кристалла, обладающего линейным электрооптическим эффектом, изменение и h показателя преломления на длине волны А при наложении электрического поля напряженностьюЕ Ео81пи3 1 определяется как

4nU) ()E , (1)

где Г - электрооптический коэффициент

кристалла;

ь(Л)- показатель преломления кристалла на длине волны Д . Изменение разност;и длин оптических путей в обоих плечах интерферометра элементами 5 и 6 выражается следу.ющим образом:

AhE(A)-rse5h,(A)Eo, 2 Вариант устройства, изображенный на фиг.2, состоит из полупрозрачного зеркала 1, зеркал 2 и 3 с высоким коэффициентом отражения, пьезокерамик 4 и 8, на которых установлены еркала 2 и 3, электрооптического элемента 5, линейного поляризатора 7.

Интерферометр работает следукн191М образом. На электрооптический элемент 5 и пьезокерамику 8 подают переменное синусоидальное электрическое напряжение, например, частотой Wy. Фазы сигналов подаваемых на эле906834

мент 5 и пьезокерамику 8, таковы, что изменение оптической длины плеча I электрооптическим элементом 5 и длины плеча П при перемещении зеркала 3 пьезокерамикой 8 одинаковы по знаку и происходят по одному закону во времени. Величины напряженностей электрического поля на элементах 5 и 8 подобраны так,что разность оптических

0 путей излучения в плечах I и П равна нулю для определенной длины волны J в каждый момент времени и изменяется во времени для всех остальных длин волн.

Запись интерференционной картины с длинами волн вблизи АИ и смещение области длин волн, в которой возможно получение интерференционной картины, производят аналогично изложеннод му выще при рассмотрении варианта с двумя электрооптическими элементами.

Для элемента 5, обладающего линейным электрооптическим эффектом, изменение ЛН показателя преломления опи- 5 сывается выражением (1). Смещение зеркала 3 пьезокерамикой 8 определяется как

ut clt , (3) где с) - пьезоэлектрический коэффициент используемой пьезркерамики. Максимальное изменение разности длин оптических путей в обоих плечах интерферометра электрооптическим элементом 5 и пьезокерамикой 8 находят как

AhCAlE r P...e/ (М

Зависимости uhE от А показаны на фиг.З для электрооптического элемента 5, изготовленного из кристалла ЦМЬОз длиной Е 0,023 м, с FOS

л кВ ,,

См

2c/gEog 9145 нм. Интерференционная картина может быть записана для длин волн вблизи Д,470 нм. Отстройка дли.ны волны Д от Д на область свободной дисперсии интерферометра 1,1 нм (hf 1 мм) приводит к величине Ahf 2i 0,9 нм, что намного 0 меньше ,5 нм. Следовательно,

для излучения с длинами волн в пределах области свободной дисперсии будет наблюдаться четкая интерференJ |Ционная картина.

Разность оптических длин обоих плеч интерферометра изменяется на величину ЛК т - 120 нм, как следует

из фиг.З, при отстройке А от /д 470 нм не более чем на 15 нм. Таким образом, в рассмотренном примере можно последовательно исследовать спектральные структуры линий излучения в диапазоне области дисперсии интерферометра, причем эти линии должны отстоять друг от друга не менее чем на 15 нм. Повышение напряженности f55 на электрооптическом кристалле, использование кристалла с более .сильной зависимостьюh (Л) или большим электрооптическим коэффициентом г

.позволяют 5гменьшить величину отс1тройки длин волн линий, анализируемых интерферометром.

Для перестройки анализируемых длин волн от 420 ло 800 нм, т.е. в области, большей свободной сГбласти дисперсии примерно в , необходимо изменить величину в 1,22 раза. Например, при 2doEo,8980 нм интерференционная картина может быть записана для длин волн вблизи нм (см.кривую 2 на фиг.З).

J3

т

т

-ш

Л, ни