Двухканальный интерферометр Жамена Советский патент 1992 года по МПК G01J9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля деформации волнового фронта, прошедшего через оптические системы, измерения плоскостности, прямолинейности, поперечных и угловых смещений светового потока в геофизике, приборостроении, станкостроении и других областях науки и техники.

Известны двухканальные интерферометры, выполненные по схеме Жамена, имеющие два световых канала, а измерение различных параметров осуществляют путем измерения на выходе смещения интерференционных полос, возникающего в результате изменения разности хода лучей в аналах интерферометра.

Ввиду симметричного распространения :ветовых лучей в каналах интерферометра

их использование ограничено из-за малой чувствительности.

Для проведения измерений, требующих большой чувствительности прибора, создают небольшую асимметрию оптических каналов. Однако значительное увеличение асимметрии одновременно с повышением чувствительности приводит к сужению интерференционных полос, в связи с чем заметить сдвиг полос становится трудным, резко ухудшаются условия наблюдения. Вследствие этого ограничивается чувствительность интерферометров при измерении угловых и поперечных смещений светового потока.

Наиболее близким к предлагаемому является двухканальный интерферометр Жамена, содержащий две плоскопараллельные пластины, одна сторона каждой из которых покрыта отражающим слоем, а также клин, размещенный в одном из каналов инVJ

ю

00

о

V4 СП

терферометра между плоскопараллельными пластинами. Оптический клин, размещенный в одном из каналов интерферометра, придает возможность изменения оптической разности хода лучей.

Оптическая разность Ахода лучей в каналах интерферометра Жамена зависит от угла падения i светового потока

А , (1)

где h-толщина пластины;

(р- угол между пластинами.

Смещение интерференционных полос происходит при изменении угла падения I светового потока на плоскопараллельную пластину.

При увеличении угла р в интерферометре, содержащем клин, происходит незначительное расширение интерференционных полос, что улучшает условия наблюдения. Однако существенного увеличения чувстви- тельности прибора при этом достигнуть не удается.

Существенным недостатком известного интерферометра является низкая чувствительность и наличие зоны нечувствительно- сти (при (р 0) интерферометра при измерении угловых и поперечных смещений светового потока, что вызвано отсутствием в каналах интерферометра искажения или отклонения волнового фронта относи- тельно рекомбинирующей плоскости.

Целью изобретения является повышение чувствительности интерферометра при измерении угловых и поперечных смещений светового потока.

Указанная цель достигается тем, что в двухканальном интерферометра Жамена, содержащем две плоскопараллельные пластины, одна сторона каждой из которых покрыта отражающим слоем, а также клин, размещенный в одном из каналов интерферометра между плоскопараллельными пластинами, плоскопараллельные пластины установлены под острым углом р одна к другой, а клин установлен вершиной к со- седнему оптическому каналу, если острый угол р расположен со стороны выхода интерферометра, или установлен основанием к соседнему оптическому каналу, если угол

р расположен со стороны входа.

Размещение клина в одном из каналов интерферометра Жамена либо вершиной, либо основанием к соседнему каналу в зависимости от расположения острого угла между плоскопараллельными пластинами относительно выхода приводит к угловому отклонению светового луча, т. е. к отклонению волнового фронта светового потока, что в свою очередь приводит в каналах ин

0

5

0

5 0

5

0 5

0

5

терферометра к различным значениям угла падения световых лучей на вторую плоскопараллельную пластину. Все это приводит не только к более значительному (по сравнению с известным интерферометром) уширению интерференционных полос, вызванному наличием не только поперечного, но и углового смещения волнового фронта относительно рекомбинирующей плоскости, но и к большему изменению разности хода лучей в каналах интерферометра, что является причиной повышения чувствительности.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - возможные варианты включения клина в оптический канал интерферометра (на фиг. 1 и 2 не показаны источники когерентного излучения и регистраторы интерференционных картин).

Предлагаемое устройство содержит плоскопараллельные пластины 1 и 2 с толщиной h или клин 3.

Ход лучей в предлагаемом устройстве показан стрелками.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. .

На плоскопараллельную пластину 1 падает под углом i пучок когерентного излучения. Часть светового пучка отражается от передней грани пластины 1, а другая часть, преломившись, от задней грани. На пути одного пучка, отраженного от пластины 1, установлена отклоняющая система 3, выполненная в виде клина, которая вызывает поперечное и угловое отклонение светового потока, а вместе с ним и отклонение волнового фронта относительно плоскости рекомбинации,

Каждый пучок, попадая на вторую пластину 2 (по сравнению с прототипом под разными углами падения), опять раздвоится, и из второй пластины 2 выйдут уже четыре пучка, но так, что только два из них належатся один на другой, интерферируя между собой и образуя поле интерференции.

Пучки, не формирующие поле интерференции на фиг. 1, изображены пунктиром. Интерференционные полосы наблюдаются на экране или регистрируются регистратором (не показаны). Два пучка между пластинами 1 и 2 образуют два световых канала интерферометра.

Именно поворот волнового фронта светового пучка, проходящего сквозь клин 3, приводит к уширению интерференционных полос и при больших углах р между пластинами 1 и 2, что улучшает условие их наблюдения.

В свою очередь увеличение угла р в соответствии с выражением (1), повышает чувствительность интерферометра.

Но основное повышение чувствительности происходит из-за наличия в каналах интерферометра разности углов падения лучей на пластину 2. Это обстоятельство дает предлагаемому объекту также сохранение повышенной чувствительности и при угле р- 0.

Поэтому, чем больше величина углового отклонения светового потока, вызванное его прохождением сквозь клин 3, тем больше чувствительность предлагаемого устройства.

Кроме того, предлагаемый интерферометр обеспечивает возможность измерения не только угловых смещений луча, но и параллельно-поперечного смещения светового потока. Возможность измерения поперечного смещения светового потока обусловлена наличием в нем искажений волнового фронта, тем самым контролируются деформации волнового фронта. Нельзя получить строго плоский волновой фронт монохроматического излучения.

Расчет чувствительности предлагаемого устройства затруднен, поэтому оценка повышения чувствительности проводилась качественно. Проведенные эксперименты показали повышение чувствительности по сравнению с известным устройством не менее чем в 2 раза. Результаты экспериментов приведены в таблице.

В таблице приведены: р° - величина угла в градусах между плоскопараллельными пластинами 1 и 2 интерферометра; Д i - величина углового смещения светового потока в минутах, вызывающее смещение интерференционной картины на одну полосу; АI - величина поперечного смещения светового потока в миллиметрах, вызывающее

0

5

0

5

0

5 0

смещение интерференционной картины на одну полосу; в графе 1 - значения, характеризующие чувствительность известного устройства; в графе 2 - значения, характеризующие чувствительность предлагаемого интерферометра. Расстояние между двумя плоскими поверхностями входа и выхода пучка в клине 3 составляет 20 мм, а угловое отклонение светового пучка, вызванное его прохождением сквозь клин 3, составляет 17 . Как показали эксперименты, высокая чувствительность и хорошее визуальное наблюдение интерференционных полос обеспечивается при угловом отклонении светового потока от 10 до 20 .

Таким образом, предлагаемый интерферометр выгодно отличается от известного тем, что размещение клина в одном из каналов интерферометра Жамена либо вершиной, либо основанием к соседнему каналу в зависимости от расположения осевого угла между плоскопараллельными пластинами относительно выхода приводит к увеличению чувствительности.

Формула изо б ре т е н и я Двухканальный интерферометр Жамена, содержащий две плоскопараллельные пластины, одна сторона каждой из которых покрыта отражающим слоем, а также клин, размещенный в одном из каналов интерферометра между плоскопараллельными пластинами, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, плоскопараллельные пластины установлены под острым углом р одна к другой, а клин установлен вершиной к соседнему оптическому каналу, если острый угол р расположен со стороны выхода -интерферометра, или установлен основанием к соседнему оптическому каналу, если угол р расположен со стороны входа интерферометра.

- (Д 2 -f

Фиг.2

Составитель Т.Москалева Редактор В.Бугренкова Техред М.МоргенталКорректор Н.Король

Заказ 1399ТиражПодписное

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

Использование: для контроля деформации волнового фронта, прошедшего через оптические системы, измерения плоскостности, прямолинейности, поперечных и угловых смещений светового потока в геофизике, в приборостроении, станкостроении и других областях науки и техники. Сущность изобретения: выполнение в устройстве двух плоских поверхностей входа и выхода лучей непараллельными и размещение этой призмы вершиной к соседнему оптическому каналу, если острый угол, образованный двумя плоскопараллельными пластинками интерферометра, расположен со стороны выхода интерферометра, или размещение ее основанием к соседнему оптическому каналу, если острый угол, образо- ванный двумя плоскопараллельными пластинками интерферометра, расположен со стороны входа интерферометра. 1 табл., 2 ил. Ё