Интерферометр типа Майкельсона для измерения перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B9/02 

4 СО СО

со

00 СО

И:эобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений. Целью изобретения является повьшение надежнбсти измерений и достигается путем получения обеих интерференционных картин равной интенсивности и повышения контрастности интерферен- ционньк полос. Интерферометр снабжен отражателем 3 опорного плеча, выполненным в виде прямоугольной призмы с показателем преломления и на длшсе волны лазера, ослабителем 5 луча, при этом показатель преломления и пропускания Т ослабителя 5 и ориентация поляризующего элемента 1 зависят от показателей отражения Rj и RpCBe- тоделителя 2 для луча с плоскостью § поляризации, перпендикулярной и параллельной плоскости падения луча на светоделитель соответственно. I ил. (Л

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, для измерения перемещений.

Цель изобретения - повышение надежности измерения путем получения обеих интерференционных картин равно интенсивности и повьшения контрастности интерференционных полос.

На чертеже дана принципиальная схема интерферометра.

Интерферометр содержит лазер 1, снабженный поляризующим элементом (не обозначен), светоделитель 2, образующий опорное и измерительное пле чо, отражатель 3 опорного плеча, выполненный в виде прямоугольной призмы с показателем преломления

П , Ctg J

li

2 cos

по длине волны лазера, уголковый отражатель 4, установленный в измерительном плече и ориентированньй таким образом, чтобы поляризация луча после отражения была линейной, ослабитель 5 луча, установленный между светоделителем и уголковым отражателем, поляризованный .расщепитель 6, установленный на выходе интерферометра, и фотоэлектрическую систему 7 регистрации.

Интерферометр работает следующим .образом.

Ввводят координатную систему, связанную с плоскостью падения луча лазера 1 на светоделитель 2. Пусть S - ось,.перпендикулярная, а Р - ось параллельная плоскости падения луча. Светоделитель 2 имеет показатели отражения Rj и RP для лучей с,плоско-, стью поляризации вдоль осей S и Р соответственно.

Ход луча в опорном плече интерферометра следующий. Луч лазера 1 падает на светоделитель 2, отразившись от которого проходит прямоугольную призму 3 и светоделительную.пластину 2.-

Интенсивность компонент луча с поляризацией вдоль S- и Р-осей после прохождения опорного плеча равны

г СП

о - Rg)

Sin

(О./

-00

(1 - Rp) cos - uf,

(2)

где IP - интенсивность луча лазера

на входе интерферометра; d угол между плоскостью поляризации луча лазера 1 и осью Р..

После прохождения прямоугольной призмы 3 между компонентами луча с поляризацией вдоль S- и Р-осей появляется разность фаз

arctgl

cos

e -i/n

(3)

где 0 - угол падения луча на отражающие поверхности прямоугольной призмы и.равен

L 4

п показатель преломления мате- i прямоугольной призмы. На выходе интерферометра, после прохождения опорного плеча, получают циркулярно поляризованный луч, если удовлетворяются условия

J -l . 2

(4)

, оп

, Т

оп

(5)

После подстановки (4) в (3) и (1), (2) в (5) получают условия для показателя преломления и материала прямоугольной призмы

Ctg

{

(6)

и 1

COS 4

и угла с между оптической осью поляризующего элемента лазера и плоскостью падения луча на светоделитель

t/ arctg

Rp (1.- Rp) RS (1 - RS)

(7)

Интенсивность циркулярно поляризованного луча из (1), (2), (7) равна

00

т 2 RsRp (l-R5)(l-Rp) ° Rp(l-Rp)+Rs(l-Rs)

(8)

Ход луч;ей в измерительном плече интерферометра следующий.

После прохождения светоделителя 2

Ml

|

интенсивность коьтонент луча равныI2 I g . Т;

.10(16)

Is TO (1 - RS .т l . ТP P

(9)P . P

; , . 2Компоненты интенсивности луча, отf о р/ оз « разившегося от ветоделителя 2, т.е.

прошё ;шие все измерительное плечо

Плоскость поляризации луча теперь интерферометра равны составляет угол j- с осью Р, т.е.

S S 5

(10)20(17)

1Г 1р рПодставляя значения (7) и (9) в Интенсивность луча после прохожде- выражение (10), получают. „ измерительного плеча равна

у arctg (П) .J.W3M jH3M (jg

SS Р

Интенсивность луча после прохожде- После подстановки (1А) - (17) в ния светоделителя 2 равна . 30 (18) получают

+ l, (12) l I lVssin (3-+ If) +

+ Rp cos ). ( 9)

После подстановки (9) в (12) полу-

чают,35 Плоскость поляризации I составляет угол м с осью Р

t (Rs+Rp)(l-Rp)(l-Rs) /,,ч.. flTlM

RpO-VW -Rs),, arctg- ll- (20)

U U3M

40lip

Пройдя ослабитель 5, интенсивность

луча равна после подстановки (17) (16) (15)

в (20) получают

l I -Т , (14),

fes .

где Т - пропускание ослабителя. I VRp

Далее луч падает на уголковый от- 1 г-- ражатель 4. Уголковый отражатель 4 1 - J- tg у

ориентируют так, чтобы поляризацияi s

излучения после отражения была линей- 50

ной.Таким образом, на выходе интерферометра интерферирует циркулярно.поПосле отражения от уголкового от- ; ляризованный пучок от опорного плеча ражателя 4 интенсивности компонент с линейно поляризованным пучком от луча равны gg измерительного плеча. После прохожII. дения поляризационного расщепителя 6

Is l sin ( 7 Ч ) получают две интерференционные картит т j/iNнь1, сдвинутые по фазе на тг .

IP I cos ( If)) ,2

Ml

|

2 I g

51439389

Максимальная контрастность интерференционных картин близка единице и равенство их интенсивностей достигается при выполнении условий

(1 дл

(22)

rp

4 RsRp

.(1Ц4-Кр)(Кр-Кд). cos 2 (arctg TJ| + Ч )

Условие для ориентации оптической 15 оси поляризационного расщепителя рав-. но

/1 -г + arctg J +

.(25) 20

Li Й S-.

Формула изобретения

Интерферометр типа Майкельеона для измерения перемещений, содержащий лазер с поляризующим элементом на выходе, элемент для сдвига фаз, расположенный в опорном плече интерферометра, отражатель измерительного плеча выполнен в виде уголкового отражателя, поляризационный расщепитель установленный на выходе интерферомет ра, и фотоэлектрическую систему ре- .гистрации интерферограмм, о т л и - .чающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, по- ляризующий элемент в лазере установлен так, что его оптическая ось составляет с плоскостью падения луча на светоделитель угол d , определяемый из выражения

Т

RsRp

Tf

(R5+Rp)Rs+RpH-(Rp-R)cos 2 (arctg | + IF )

Л /

(23)

Отсюда при подстановке (8), (19), (11), (13) в (22) получают условие для пропускания Т ослабителя 5

4 RsRp

о/ anctg

RP (1 - Rp) R Л1 - RS)

де

и R p

соответственно показатели отражения светоделителя для луча с плоскостью поляризации, перпендикулярной и параллельной плоскости падения луча на светоделитель,

элемент для сдвига фазы совмещен с отражателем опорного плеча, выполнен ным в виде прямоугольной призмы из материала с показателем преломления п, равным

ctg

м

ll

COS -д - 1 ,

35

40

на рабочей длине волны лазера, и ориентирован так, что поляризация луча после отражения от него линейна, а интерферометр снабжен установленным между светоделителем и уголковым отражателем ослабителем луча с пропусканием TS определяемым из выражения

f

RsRpl i

Tf

)cos 2 (arctg | + IF )