Квазиоптический двухлучевой интерферометр Латышева Советский патент 1992 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано для измерения амплитуд и фаз коэффициентов пропускания и отражения объектов.

Цель изобретения - увеличение точности измерений и расширение диапазона изменения измеряемых величин за счет устранения смещения оси пучков излучения при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра.

На фиг. 1 изображена блок-схема квазиоптического двухлучевого интерферометра; на фиг. 2-4- узел компенсатора интерфе- рометра, примеры выполнения; на фиг. 5 - схема трехплечевого двухлучевого интерферометра.

Квазиоптический двухлучевой интерферометр содержит делитель 1 пучка излуче- ния, выполненный, например, в виде полупрозрачного зеркала, отражатель 2, установленный в измерительном плече, сумматор 3 пучков излучения, выполненный, например, аналогично делителю 1, узел 4 компенсатора, выполненный в виде отражателя 5, установленного с возможностью точ- ного перемещения, и направленного ответвителя 6. Для измерения характеристик объекта 7 на пропускание его уста- навливают в измерительной ветви между делителем 1 и отражателем 2.

В узле компенсатора направленный от- ветвитель может быть выполнен в виде проволочной сетки 8 и поляроида 9 (фиг. 3) или в виде плоской наклонной одномерной сетки 8, в данном случае используют уголковый отражатель 10 (фиг. 4).

Трехплечевой двухлучевой интерферометр (фиг. 5) содержит дополнительно вто- рой делитель 11, второй сумматор 12, второй направленный ответвитель 13, неподвижное зеркало 14, второй отражатель 15, установленный с возможностью перемещения, и третий делитель 16 излучения,

Квазиоптический двухлучевой интерферометр работает следующим образом.

Пучок излучения поступает на делитель 1 и разделяется на два плеча - измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а затем подается на отражатель 5. Отразившись от него, излучение возвращается на ответвитель 6 и полностью или частично в зависимости от конструкции поступает на сумматор 3. В измерительном плече излучение, прошедшее сквозь объект, отражается отражателем 2 и также поступает на сумматор 3, где пучки интерферируют. Для изменения длины пути в опорном плече перемещают отражатель 5 вдоль оси падающего на него излучения, при этом смещения оси пучка на сумматоре 3 не происходит.

Измерение фазы коэффициента пропускания с помощью предлагаемого интерферометра осуществляется следующим образом,

В пустом интерферометре (без объекта 7) перемещением отражателя 5 добиваются минимального сигнала на выходе интерферометра и фиксируют положение отражателя 5. Затем помещают измеряемый объект 7 внутрь интерферометра в измерительное плечо, а внесенную объектом разность хода компенсируют сдвигом отражателя 5, т.е. вновь настраиваются на минимум сигнала, а фазу вычисляют по разности зафиксированных положений отражателя 5, соответствующих минимуму сигнала на выходе интерферометра с объектом 7 и без него.

В примере выполнения узла компенсатора интерферометра, показанном на фиг. 2, направленный ответвитель 6 представляет собой полупрозрачное зеркало (фиг. 2) или светоделительный кубик. Этот узел работает следующим образом.

Излучение из опорного плеча падает (сверху) на полупрозрачное зеркало. Частично оно проходит сквозь зеркало (вниз) и частично поглощается в нем, причем эти компоненты далее в работе интерферометра не участвуют. Остальное излучение отражается от полупрозрачного зеркала (влево) и, отразившись от отражателя 5, возвращается на полупрозрачное зеркало. Здесь оно вновь частично отражается от зеркала (вверх), частично поглощается в нем, а другая его часть проходит через полупрозрачное зеркало в сторону сумматора 3 излучения.

В примере выполнения узла компенсатора интерферометра, показанном на фиг. 3 (на фиг. 1 обведен штриховой линией), направленный ответвитель приспособлен для работы в. миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах и выполнен на поляризационных принципах. На фиг. 3 представлены направленный ответвитель 6, отражатель 5 и часть опорного плеча интерферометра. Направленный ответвитель 6 состоит из одномерной сетки 8 (проволоки металлические) и поляроида 9 (например, аналогичного сетке 8). Относительная ориентация проволок сетки 8 и поляроида 9 показана на фиг. 3, угол между ними может составлять, например, 45°. Этот узел работает следующим образом.

Излучение из плеча интерферометра (сверху) падает на проволочную сетку 8 и отражается от нее в сторону отражателя 5

(влево). По пути оно поляризуется, проходя сквозь поляроид 9 (отраженная им часть излучения в работе не участвует), и, отразившись от отражателя 5, вторично проходит (вправо) сквозь поляроид 9 (теперь уже без отражения). Далее излучение попадает на сетку 8 и часть его бесполезно отражается в сторону делителя 1 (фиг. 1), но зато другая его часть, наличие которой обусловлено поляроидом 9, проходит сквозь сетку 8 и уходит (вправо) из ответвителя в сторону сумматора 3 (фиг. 1).

Интерферометр (фиг. 1) с направленным ответвителем по фиг. 3 может превосходить такой же интерферометр с ответвителем, соответствующим фиг. 2, по коэффициенту передачи излучения со входа на выход по опорному плечу. В первом случае он может достигать 1 /4 (по мощности), а во втором - не превосходит 1/16.

На фиг. 4 представлен еще один пример выполнения узла компенсатора интерферометра (фиг. 1) с направленным ответвителем (на фиг. 1 обведен штриховой линией), ориентированный на использование в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне. На фиг. 4 изображены часть опорного плеча интерферометра, направленный ответвитель, выполненный в виде плоской наклонной одномерной проволочной сетки 8, а отражатель 10 в данном случае уголковый. Линия пересечения плоскостей уголкового отражателя 10 перпендикулярна плоскости чертежа и лежит на оптической оси излучения. Проволоки сетки наклонены к плоскости чертежа, например, на 45°. Этот узел (фиг. 4) работает следующим образом.

Излучение опорного плеча со стороны делителя 1 (фиг. 1) поступает на ответвитель 6 (сверху). Здесь оно практически полностью проходит сквозь ответвитель 6 (если правильно выбрана поляризация излучения в опорном плече) и попадает на уголковый отражатель 10. Отразившись от отражателя 10, излучение приобретает поляризацию, ортогональную первоначальной, и, вновь, попав на ответвитель 6 (снизу вверх), практически полностью отражается им в сторону сумматора 3 (вправо). Этот вариант интерферометра по фиг. 1 может обладать еще большим коэффициентом передачи излучения с входа на выход по опорному плечу в сравнении с обоими предыдущими вариантами. В данном случае этот коэффициент может приближаться к единице. Перемещение уголкового отражателя 10 на любые рас- стояния не приводит к смещению оптической оси пучка излучения в опорном плече.

Квазиоптический двухлучевой интерферометр, показанный на фиг. 5, отличается от интерферометра, показанного на фиг. 1, на- личием не двух, а трех плеч и не одного, а

двух выходных трактов. Такой интерферометр может быть использован для реализации некоторых параллельных способов измерения фазы. Этот интерферометр (фиг. 5) работает следующим образом.

Излучение из входного тракта поступает в выходные тракты тремя путями. Часть излучения проходит сквозь делители 11 и 1 в измерительное плечо, а затем попадает на делитель 16. Здесь оно расщепляется на два

пучка, первый из которых поступает на сумматор 3, а затем подается в первый выходной тракт, а второй через сумматор 12 - во второй выходной тракт. Вторая часть излучения из входного тракта проходит сквозь

делитель 11 и, отразившись от делителя 1, поступает по опорному плечу в направленный ответвитель 6, на подвижный отражатель 5, вновь в направленный ответвитель 6, на сумматор 3 и далее в выходной первый

тракт, где интерферирует с частью излучения из измерительного плеча. Третья часть излучения из входного тракта отражается делителем 11 и по третьему плечу попадает последовательно в направленный ответвитель 13, на подвижный отражатель 15, вновь в направленный ответвитель 13, на неподвижное зеркало 14, на второй сумматор 12, где суммируется с частью излучения из измерительного плеча, и далее поступает в

выходной тракт. Из фиг. 5 видно, что перемещение любого из подвижных отражателей 5 или 15 не смещает ни одной из оптических осей интерферометра, что повышает точность измерений и диапазон изменения измеряемых величин.

Формула изобретения

1. Квазиоптический двухлучевой интер- ферометр, содержащий делитель пучка излучения, формирующий по меньшей мере два плеча, отражатель, установленный по меньшей мере в одном из плеч с возможностью точного перемещения, и сумматор пуч- ков излучения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и расширения диапазона изменения измеряемых величин, он снабжен направленным ответвителем, расположенным между делителем пучка излучения и отражателем, второй отражатель установлен так, чтобы отраженное им излучение распространялось навстречу падающему, а вход сумматора, соответствующий плечу, в котором установлен отражатель, оптически связан с

выходом направленного ответвителя, соответствующим излучению, отраженному отражателем.

2. Интерферометр по п. 1,отличающий с я тем, что направленный ответвите ль выполнен в виде последовательно установленных по ходу пучка излучения плоской одномерной проволочной сетки, плоскость которой наклонена относительно оси плеча, и поляроида, плоскость поляризации которого наклонена по отношению к

0

соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный 90°.

3. Интерферометр поп. 1,отличаю- щи и с я тем, что направленный ответвитель выполнен в виде плоской одномерной проволочной сетки, установленной наклонно к оси пучка излучения, отражатель выполнен в виде двугранного уголка, установленного так, что его ребро наклонено относительно плоскости, определяемой направлением сетки и осью пучка, на угол, не кратный 90°.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано для измерения амплитуд и фаз коэффициентов пропускания и отражения объектов. Цель изобретения - увеличение точности измерений и диапазона изменения измеряемых величин за счет устранения смещения оси пучков излучения при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра. Пучок излучения поступает на делитель 1 и разделяется на два плеча - измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а затем подается на отражатель 5, установленный с возможностью перемещения нор- мально к падающему на него пучку. Направленный ответвитель может быть выполнен в различных вариантах, например в виде полупрозрачного зеркала или одномерной проволочной сетки и поляроида, причем плоскость поляризации поляроида наклонена по отношению к соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный 90°. Отразившись от отражателя 5, излучение проходит через направленный ответеи- тель 6 и поступает на сумматор 3, где интерферирует с пучком, прошедшим через объект 7, и отражатель 2, установленные в измерительном плече. Разность хода пучков, вносимая объектом 7, компенсируется путем перемещения отражателя 5, Возможно также выполнение направленного ответ- вителя и отражателя в виде проволочной сетки и уголкового отражателя соответственно, установленных таким образом, что ребро отражателя лежит на оси пучка излучения, перпендикулярно ей и наклонено от- носительно плоскости, определяемой направлением сетки и осью пучка излучения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. 7 (Л С о W

5 9

Г

I

(Риг. 2

L

Фиг.З

нш

Фиг.1