Интерферометр Советский патент 1991 года по МПК G01B9/21 

(21)4641420/28

(22)25.01.89

(46) 07.03.91. Бюл. № 9 (72) А.Л.Захаров, А.В.Лукин и Л.Т.Мустафина

(53)531.715.1(088.8)

(56)Квантовая электроника, М., 1974, т. 1, If 11, с. 2494-2496.

(54)ИНТЕРФЕРОМЕТР

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях оптических . неоднородностей в прозрачных средах. Целью изобретения является повышение точности за счет улучшения оптических характеристик пучков излучения, уменьшение габаритов и повышение информативности. Излучение лазера расширяет- ся коллиматором и попадает на первый светоделитель, который направляет часть излучения в опорное плечо, где оно образует опорный пучок. Опорный пучок отражается от зеркала, прохоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях оптических не- однородностей в прозрачных средах.

Целью изобретения является повышение точности за счет улучшения оптических характеристик пучков излучения, уменьшение габаритов и повышение информативности.

На фиг. 1 изображен интерферометр; на фиг. 2 - основной коллимирующий объектив интерферометра.

дит плосковогнутую линзу, две плосковыпуклые линзы, еще одну плосковогнутую линзу, третий светоделитель, объектив и попадает на фоторегистратор. Остальное излучение проходит первый светоделитель и попадает в предметное плечо, где оно образует предметный пучок. Предметньй пучок последовательно проходит телескопическую систему увеличения, рабочий объем, телескопическую систему уменьшения и попадает на второй светоделитель. Часть предметного пучка, пройдя второй светоделитель, попадает в двухкомпонент- ную оборачивающую систему, проходит ее и попадает на второй фоторегистратор, регистрирующий теневую картину. Вторая часть предметного пучка отражается вторым светоделителем, попадает на третий светоделитель, отражается от него, проходит объектив и попадает на фоторегистратор, регистрирующий интерференционную картину. 2 ил.

(Л

Интерферометр содержит лазер 1, установленные по ходу его излучения коллиматор 2, первый светоделитель 3, формирующий опорное плечо, включающее зеркало 4 и объектив 5, и предметное плечо, включающее соосно установленные телескопическую систему увеличения, состоящую из фокусирующего и основного коллимирующего объективов, телескопическую систему уменьшения, состоящую из основного фокусирующего и коллимирующего объективов, и рабочий

05 СО СО

ю J

объем 6, размещенный между телескопическими системами, второй светоделитель 7, фоторегистратор 8, две плосковогнутые линзы 9 и 10, размещенные в опорном плече между зеркалом 4 и объективом 5 и имеющие угол оЈ клиновид- ности, равный

oi

arcsin --

R

где h

Т

- расстояние между оптическими осями опорного и предметного плечей;

R хр радиус кривизны сферической поверхности плосковогнутых линз 9 и 10, двухкомпонентную оборачивающую систему с компонентами 11 и 12, обладающими общей фокальной плоскостью, размещенную на оси предметного плеча за вторым светоделителем 7, визуализирующую диафрагму 13, размещенную в общей фокальной плоскости компонент 11 и 12 оборачивающей системы, второй фоторегистратор 14, размещенный за оборачивающей системой, и третий светоделитель 15, размещенный между объективом 5 и плосковогнутой линзой 10 опорного плеча, основные коллимигде г

г о 5

n

расстояние от фокуса основного объектива телескопической системы до поверхности 20 рельефно-фазовой структуры;

толщина плоскопараллельной пластины 18; показатель преломления плоскопараллельной пластины 18;

расстояние от плоской поверхности плоскопараллельной пластины 18 до вершины выпуклой поверхности плосковыпуклой линзы 16; показатель преломления плосковыпуклой линзы 16; радиус кривизны сферической поверхности плосковыпуклой линзы 16;

угол, в пределах которого распространяется излучение, поступающее на рельефно-фазовую структуру; (j) - угол дифракции излучения на рельефно-фазовой структуре, связанный с углом to соотно rf

шением

рующий и фокусирующий объективы выполнены двухкомпонентными, состоящими каждый из соосно установленных плоско выпуклой линзы 16 (17), размещенной плоской поверхностью к рабочему объему 6, и плоскопараллельной пластины 18 (19), расположенной со стороны сферической поверхности плосковыпуклой линзы 16 (17), поверхности 20 (21) пластин 18 (19), обращенные к светоделителям 3 (7), выполнены с осесимметричной кольцевой рельефно- фазовой структурой, распределение колец в которой определяется соотношением

. - О

Ч cosy

( sin(|0a + n sin1

+ . i R Г, sin nncosyj кр L

n1..nLgbly..

( sinfy +nj- sinj(f

,+rz) Mm ± -1-),

0

5

0

5

0

n sin(t

ft

pm

u

2Kxv

+ sinC| ;

ft радиусы начала и конца m-ro кольца рельефно- фазовой структуры; длина волны;

Q - скважность (отношение периода рельефно-фазовой структуры к ширине кольца (Р;)-(Р;)1);

h - расстояние между оптическими осями опорного и предметного плечей; Oi - угол клиновидности

плосковогнутой линзы 9, сферические поверхности плосковыпуклых линз 16 и 17 установлены в контакте с соответствующими сферическими поверхностями плосковогнутых линз 9 и 10 и имеют такой же по величине радиус кривизны, третий светоделитель 15 выполнен с одинаковыми коэффициентами отражения рэ и пропускания Јj, а коэффициенты отражения /Э, 5 первого светоделителя 3 и ргвторого светоделителя 7 связаны соотношением

Р Р ,

:труктурой, распределение колец в которой определяется соотношением

Alm)-K)4 + rf +db(sfw- Ч +

cos Ц

R

J2.

(n,- 1-nysinz(f;)2+n2sin2

U;TiBn$

10

i

.Ujtsi-il

v

(nj-Jl-nJJsinty +n sinty

15

20

С

-(r(+ra)fl(m 4 j-),

де (Pm) и (Pm) - радиусы начала и конца m-ro кольца рельефно-Фазовой структуры;

г - расстояние от фокуса основного объектива телескопической системы до по- 25 верхнеети рельефно- фазовой структуры;

-расстояние от плоской поверхности плоскопараллельной 30 пластины до вершины выпуклой поверхности плосковыпуклой линзы;

-толщина плоскопараллельной пластины;

-показатель преломления плоскопараллельной пластины;

V - угол дифракции из- Q лучения на рельефно-фазовой структуре, связанный с углом (J соотношением

.35

п

n sin(

А

со 7 угол, в пределах которого распространяется излучение, поступающее на рельефно-фазовую структуру i

R „р - радиус кривизны I сферической поверхности плосковыпуклой линзы;

пд - показатель преломления плосковыпуклой линзы; ft - длина волнь

Q - скважность (отношение периода рельефно-фазовой структуры к ширине кольца

(р)-(р;)),

сферические поверхности плосковыпуклых линз установлены в контакте с соответствующими сферическими поверхностями плосковогнутых линз и имеют такой же по величине радиус кривизны, третий светоделитель выполнен с одинаковыми коэффициентами О3отражения и Сз пропускания, а коэффициенты отражения 0, первого светоделителя и Д второго светоделителя связаны соотношением

р

Р1 тт-р77гТ 27

где и % % коэффициенты пропускания рельефно-фазовых структур основных кол- лимирующего и фокусирующего объективов.

n sin(

А

р

Р1 тт-р77гТ 27

516

где 2,и / i коэффициенты пропускания рельефно-фазовых структур основных кол- лимирующего и фокусирующего объективов.

На фиг. 1 показаны также фокусирующий объектив 22 и коллимирующий объектив 23.

Интерферометр работает следующим образом.

Излучение лазера 1 расширяется коллиматором 2 и попадает на первый светоделитель 3. Светоделитель 3 направляет часть излучения в опорное плечо, где оно образует опорный пучок Опорный пучок отражается от зеркала 4 проходит плосковогнутую линзу 9, плосковыпуклые линзы 16 и 17, плосковогнутую линзу 10, третий светодели- тель 15j объектив 5 и попадает на фоторегистратор 8. Остальное излучение проходит первый светоделитель 3 и попадает в предметное плечо, где оно образует предметный пучок. Предметный пучок проходит телескопическую систему увеличения, состоящую из фокусирующего объектива 22 и основного колли- мирующего объектива, включающего плоско параллельную пластину 18 с по- верхностью 20, имеющей осесимметрич- ную кольцевую рельефно-фазовую структуру, и плосковыпуклую линзу 16, и попадает в рабочий объем 6. Затем предметный пучок проходит телескопическую систему уменьшения, состоящую из основного фокусирующего объектива, включающего плосковыпуклую линзу 17 и плоскопараллельную пластину 19 с поверхностью 21, имеющей осесимметрич- ную кольцевую рельефно-фазовую структуру, и коллимирующего объектива 23. Далее предметный пучок попадает на второй светоделитель 7.

Часть предметного пучка, пройдя

светоделитель 7, попадает в двухком- понентную оборачивающую систему с компонентами 11 и 12 и, пройдя ее компоненты 11 и 12 и визуализирующую ди- афрагму 13, попадает на второй фоторегистратор 14, который регистрирует теневую картину. Вторая часть предметного пучка отражается вторым светоделителем 7, попадает на третий светоделитель 15, отражается от него и, пройдя объектив 5, попадает на фоторегнстратор 8, регистрирующий интерференционную картину, образован

0

5

2

5

20 5 Q 5

5

о

0

26

ную при наложении опорного и предметного пучков.

Формула изобретения

Интерферометр, содержащий лазер, установленные по ходу его излучения коллиматор, первый светоделитель, формирующий опорное плечо, включающее зеркало и объектив, и предметное плечо, включающее соосно установленные телескопическую систему увеличения, состоящую из фокусирующего и ос- норного коллимирующего объективов, телескопическую систему уменьшения, состоящую из основного фокусирующего и коллимирующего объективов, и рабочий объем, размещенный между телескопическими системами, второй светоделитель и фоторегистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, уменьшения габаритов и повышения информативности, он снабжен двумя плосковогнутыми линзами, размещенными в опорном плече между зеркалом и объективом и имеют ми угол ОДклиновидности, равньй

06 arcsin h/R kp ,

где h - расстояние между оптическими осями опорного и предметного плечей;

RKQ- радиус кривизны сферической поверхности плосковогнутых линз,

двухкомпоьентнон оборачивающей системой, компоненты которой имеют общую фокальную плоскость, размещенной на оси предметного плеча за вторым светоделителем визуализирующей диафрагмой, размещенной в общей фокальной плоскости компонент оборачивающей системы, вторым фоторегистратором, размещенным за оборачивающей системой, и третьим светоделителем, размещенным между объективом и плосковогнутой линзой опорного плеча, основные коллимирующий и фокусирующий объективы выполнены двухкомпонентными, состоящими каждый из соосно установленных плосковыпуклой линзы, размещенной плоской поверхностью к рабочему объему, и плоскопараллельной пластины, расположенной со стороны сферической поверхности плосковыпуклой линзы, поверхности пластин, обращенные к светоделителям, выполнены с осесимметричной кольцевой рельефно-фазовой

W 18

/