Оптический интерферометр Советский патент 1991 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интерферометрии для исследования нео- днородностей.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности интерференционных измерений за счет стабилизации интерференционной картины путем устранения влияния механических и тепловых колебаний элементов интерферометра.

На фиг. 1 приведена схема оптическбго интерферометра; на фиг. 2 - взаимная ориентация осей четвертьволновой фазосдви- гающей пластинки и направлений электрических векторов падающих на нее пучков излучения.

Интерферометр содержит источник 1 излучения, первый светоделитель 2, формирующий два плеча интерферометра, в каждом из которых установлено по одному зеркалу 3 и 4. второй светоделитель 5, поляризаторы 6 и 7, четвертьволновую фазосдвигающую пластинку 8, зеркало 9, установленное под углом а к оптической оси, анализатор 10, держатель 11 образца, объектив 12 и поляризатор 13. Угол а определяется выражением а arcsln- (h/2L), где h - линейный размер образца в плоскости распространения лучей; L - расстояние по оптической оси от зеркала 9 до образца, установленного на держателе 11 образца, через элементы 5 и 4. Оси пропускания поляризаторов 6 и 7 скрещены одна

О

.&

О СП CJ

о

С другой, а ось пропускания одного из них параллельна плоскости соответствующего зеркала.

Светоделитель 2 разделяет падающий на нее параллельный пучок излучения от источника 1 на два одинаковых пучка А и В, каждый из которых, отражаясь от зеркал 3 и 4 соответственно, проходит через поляризаторы 6 и 7, которые скрещены друг с другом, причем ось одного из них параллельна плоскости отражения зеркал 3, 4 и превращается в линейно поляризованное излучение, т.е. плоскости поляризации пучков А и В перпендикулярны одна к другой. После того как эти пучки света по прохождении светоделителя 5 сложатся, пройдут через четвертьволновую пластинку 8, отразятся от зеркала 9, повторно пройдут через четвертьволновую пластинку 8, плоскость поляризации каждой из них повернется на 90°. Оси Хд и Хв четвертьволновой пластинки 8 должны быть ориентированы под углом 45° к векторам напряженности электрического поля Ед и Ев падающих на нее пучков света А и В (фиг. 2). Таким образом, после повторного прохождения четвертьволновой пластинки 8 для луча А поляризатора 6 оказывается запертым и он может пройти только через поляризатор 7. Следовательно, то плечо интерферометра, которое прошел луч В через элементы 2, 3 и 5, теперь пройдет луч А (в которое преобразился луч А после его отражения от зеркала 9). Аналогично и для луча В. Таким образом, повторив пути следования друг друга, два пучка света (А и В)сложатся в один пучок после прохождения ими светоделителя 2. По прохождении этим суммарным пучком анализатора 10 в фокальной плоскости объектива 12 наблюдается интерференционная картина. Плоскость пропускания анализатора 10 составляет некоторый угол с плоскостями поляризации пучков А и В ,близкий к 45°, и в каждом конкретном случае выбирается из соображений максимальной контрастности интерференционной картины. В случае, если излучение является немонохроматич- ным, в качестве пластинки 8 необходимо использовать составную ахроматическую двулучепреломляющую четвертьволновую фазосдвигающую пластинку. Если источник

1 излучения не обладает поляризационной когерентностью, то на пути от источника 1 излучения до первого светоделителя необходимо расположить поляризатор 13, ось поляризации которого ориентирована под углом в 45° к плоскости распространения пучков света в интерферометре (плоскость рисунка на фиг. 1).

На зеркало 9 лучи падают под некото- рым малым углом а : а arcsin(h/2L),

где L - расстояние, которое необходимо пройти лучу от зеркала 9 через элементы 5 и 3 до исследуемого образца, расположен- ного на держателе 11:

h - линейный размер исследуемого образца в плоскости распространения лучей света (в плоскости рисунка).

Если амплитуда механических колеба- ний зеркал составляет величину I, то амплитуда А хаотических изменений разности хода интерферирующих пучков излучения составит величину Д 10 1-К,

где К 1 1 +2sin a cos a

cos a + sin a таким образом, влияние дестабилизирующих факторов уменьшается в К раз.

Формула изобретения

Оптический интерферометр, содержащий источник излучения, первый светодели- тель, формирующий два плеча интерферометра, в каждом из которых установлено по одному зеркалу, и второй свето- делитель, установленный в месте пересечения оптических осей плеч интерферометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности интерференционных измерений, он снабжен двумя поляризаторами, установленными по одному в каждом плече после зеркала, что их оси пропускания скрещены одна с другой, а ось пропускания одного из

них параллельна плоскости соответствующего зеркала, четвертьволновой фазосдви- гающей пластинкой и зеркалом, установленными последовательно по ходу излучения после второго светоделителя, и

анализатором, установленным по ходу излучения после первого светоделителя.

/

А

12 10

13

/ /

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интерферометрии для исследования нео- днородностей Цель изобретения- повышение точности и чувствительности интерференционных измерений за счет стабилизации интерференционной картины путем устранения влияния механических и тепловых колебаний элементов интерферометра на соотношение волновых фаз интерферирующих пучков излучения. Разделенные пучки излучения, пройдя поляризаторы 6 и 7, оси пропускания которых скрещены одна с другой, превращаются в линейно поляризованное излучение с ортогональной ориентацией поляризацией. Совмещенные с помощью второго светоделителя 5 пучки проходят четвертьволновую фазосдвигающую пластинку 8, отражаются зеркалом 9 и повторно проходят пластинку 8. Затем излучение, прошедшее в плечо А интерферометра, проходит через поляризатор 7, формирует плечо А интерферометра и поступает через первый светоделитель 2, анализатор 10 и объектив 12 на регистратор, а излучение, прошедшее плечо В интерферометра, проходит поляризатор 6, формирует плечо В интерферометра, проходит через исследуемый образец, отражается от светоделителя 2, проходит анализатор 10 и объектив 12 и также поступает на регистратор интерференционной картины. 2 ил (Л С

А1

В

Фиг. 1

Ев

Ед