Лазерный гетеродинный интерферометр и электрооптический модулятор Советский патент 1990 года по МПК G01B21/02 G02F1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных и управляющих системах, J5 например, металлообрабатывающих станков г

Цель изобретения - повышение точности за счет устранения, погрешностей,

связанных с устранением неконтролируемой разности фаз, появляющейся при произвольной ориентации лазера и расщепителя, и устранением паразитных боковых частот путем снижения напряженности электрического поля у краев

35

планарных электродов в электрооптическом модуляторе.

На фиг, 1 представлена оптическая схема лазерного гетеродинного интерферометра; на фиг, 2 - оптическая ма приемника излучения; на фиг, 3 - схема электрооптического модулятора.

Лазерный гетеродинный интерферометр содержит лазер 1 (плоскость поляризации которого указана стрелкой), рас- щепитель 2 входного пучка на первый 3 и второй 4 пучки, узел 5 поворота плоскости поляризации, зеркала 6- и 7, кювету 8 для помещения объекта измерения, узел 9 совмещения, электро- оптический модулятор 10, приемник 11 излучения и измеритель 12 разности фаз, Приемник излучения содержит све- чоделитель 13, на выходе которого первый 3 и второй 4 пучки расщепляются на компоненты 14 и 15, анализаторы 1655 и 17 и фотодетекторы 18 и 19,

Электрооптический модулятор содержит пластину 20 из керамики с квадра5

0

5

р

5

тичным электрооптическим эффектам (рабочая поверхность которой показана в плоскости чертежа), в которой выполнены электропроводящие канавки 21-23, рабочую область 24, Модулятор подключен к источнику 25 управляющего напряжения.

Интерферометр работает следующим образом,

Входной пучок расщепителем 2 разделяют на первый 3 и второй 4 пучки,

Узел 5 поворота плоскости поляризации поворачивает плоскость поляризации первого пучка 3 перпендикулярно плоскости чертежа (фиг, 1, показано точкой), За узлом 9 совмещения получают суперпозицию первого 3 и второго 4 пучков, которые условно показаны раздельно, имеющих ортогональные поляризации, а фаза второго пучка 4 линейно зависит от длины оптического пути через кювету 8 с объектом измерения. Матрица Джонса для суперпозиции первого 3 и второго 4 пучков за узлом 9 совмещения имеет видk

. .«

;е.

iCJt

(О

де Е,, Е, Јх

Ц)

t

максимальные величины склярных компонентов электрического поля в плоскости чертежа и перпендикулярно плоскости чертежа;

-фазы комонент Е , Е ;

-оптическая частота;

-время.

рицей Джонса:

sI566214

Модулятор 10 характеризуется мат- азимутальный угол модулятора разен

лежит между плоскостям поляри- зации первого 3 и второго 4 лучков. На выходе модулятора 10 частота (2)первого 3 и второго 4 пучков сдвинута на величину 2SI соответственно, вверх и вниз по отношению к частоте

;z-su

0-й

О

где Я частота врещения оптической оси.

входного пучка; iЈx

Е Ј( «О 1 HV()«j

-Е„е

входного пучка; iЈx

at

Е

Еу

Јз

(3)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных и управляющих системах металлообрабатывающих станков. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения погрешностей, связанных с устранением неконтролируемой разности фаз, появляющейся при произвольной ориентации лазера и расщепителя, и с устранением паразитных боковых частот путем снижения напряженности электрического поля у краев планарных электродов в электрооптическом модуляторе. Луч лазера 1 разделяется на два пучка 3, 4 с помощью расщепителя 2 и вновь соединяется после прохождения в пучке 4 исследуемой среды узлом 9 совмещения. В опорном плече интерферометра расположен узел 5 поворота плоскости поляризации. С помощью электрооптического модулятора 10 осуществляется перенос сдвига фазы оптического сигнала, вызванного исследуемой фазой, на боковую частоту. Приемник 11 излучения осуществляет детектирование сигнала, а разность фаз регистрируется с помощью измерителя 12 разности фаз. За счет изменения плоскости поляризации в опорном плече на 90° устраняется погрешность, вызванная нестабильностью положения лазера относительно расщепителя. Разность потенциалов токопроводящих канавок модулятора по отношению к рабочей области в пластине из керамики с квадратичным электрооптическим эффектом имеет сдвиг фаз 120°, что обеспечивает перемещение положения оптической оси светового пучка, проходящего через рабочую область с постоянной угловой скоростью Ω, и, таким образом, его модуляции с частотой Ω. Использование токопроводящих канавок уменьшает неоднородность напряженности электрического поля, что снижает уровень паразитных боковых частот. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Условия для интерпретации и фотодетектирования первого и второго пучков создаются в приемнике 11 излуче- 15 кия,

Приемник 11 излучения работает следующим образом.

Первый 3 и второй 4 пучки делятся по интенсивности пополам таким об- 20 разом, что фазы компонент 14 и 15 остаются неизменными, При указанной ориентации анализаторов 16 и 17 соответitЈx+(u)i5l)t 1

Е.е

+M5U

icE,uMifliu « Ј «-tsm (7)

Соответствующие интерференционные члены тока фотодетекторов 18 и 19 рав ны разности фаз колебаний с частотами Ы+2Я и ш-2Я:

,l ,E,|cos(Ex-g;,+45lt) + J } (8) jf9 |ЕхЕ,|сол Ј„-Ј,+4ЯО + 7, (9)

а разность фототоков равна

j j(9 -jf, | E „E a |cos( Ј„- Ј,+4at) ( 10) Из (10) следует, что действие любых факторов, одинаково изменяющих фазу колебаний в пучках 3 и 4, никак не влияет на фазу фототока. Такими факторами являются, например, температурная нестабильность механической конструкции интерферометра или активного элемента электрооптического модулятора. Шумовая модуляция интенсивности входного пучка или паразитная амплитудная модуляция в элек- трооптиче ком модуляторе, определяемая находящимся в фазе составляющими j, также не влияет на разность фототоков (10),

Лазерный гетеродинный интерферог ментр построен на оптической скамье ОСК-2. В качестве источника входного пучка света используется одномодо- вый лазер, в качестве расщепителя и узла совмещения пучков - две амплитудные делительные пластинки и два зерствующие матрицы Джонса для анализатора 16

{ 11

11

и для анализатора 17

-1

1

(5)

б- 20 срита компоненты 14 и 15 за анализаторами, .полученные умножением (3) на (4) и (5), равны

+M5U,rf(w-ta) (б)

30

кала. Узел, поворачивающий плоскость

поляризации первого пучка, выполнен в виде последовательного соединения двух ромбов Френеля, каждый из которых дает разность хода 90°, Длина оптического пути во втором пучке опре35 деляется объектом изменений - поворо- . том стеклянной пластины вокруг оси, перпендикулярности, в которой находятся первый и второй пучки,

Модулятор работает следующим об40 разом.

Разность потенциалов электропроводящих канавок 21-23 по отношению к рабочей области 24 задается источником 25 управляющего напряжения и

имеет сдвиг фаз 120°, Электрическое поле вращается с постоянной скоростью и так, что его оптическая ось также перемещается с постоянной скоростью. Величина сдвига частоты или пучков света 3 и 4 в рабочей области 24 зависит от частоты вращения в соответствии с матрицей Джонса ilftt

50

55

е О

О е- 4 Для совокупности п параллельных пластин аналогично имеют е 1пЈН о О е -111 пЈН

го

Редактор Н.Бобкова

Составитель В.Чулков Техред л.Олийнык

Заказ 1215

Тираж 494

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

@ue.Z

Корректор Э.Лончакова

Подписное