Поляризационный интерферометр Советский патент 1978 года по МПК G01B9/02 

1

Изобретенле относится к области оптической интерфер.ометрин и может быть использовано для исследования неодиородностей в прозрачных средах, -например, обтекания ..моделей потоко..м в газодинамичеоколг э-коперименте.

Известны поляризационные интерферометры со светоделителями IB виде призм Волластона 1. В этих и-нтерферометрах полосы направлены параллельно ребрам «линьев, из которых составлены призмы и соответственно перпенди.кулярлы направлению относительного сдвига волновых поверхностей.

TaiKoe направление полос лишает аштерференционнзю картину наглядности, затрудняет обработку интерферограмМ и приводит к снижению точности измерений.

В устройстве-прототипе 2, содержащем на входе и выходе установленные зеркально поляроиды и двоякопреломляющие светоделители в нище прйзм Волластона, изменение налравлеиия полос осуществляется наклоном нриэм.

Недостатком этого устройства Является .низкая точность измерений, поскольку наклон прлз.мы, установленной в приемной части, приводит « увеличению дисторсии з изображении рабочего -поля, так -как действие приз-мы аналогично действию клина в

сходящемся пучке. Дисторсия приводит к оЩИокам при измерении коордииат на снимке. Поэтому приходится ограничиваться небольшими лглами накло-на и соответственно небольшим числом полос, атараллельных сдвигу. Кроме того, призмы Волластона, даже в случае небольшого сдвига, приходится изготавливать из исландского щпата; если изготавл 1вать их из кристаллического кварца, то OHi не дадут требуемого эффекта.

Целью изобретения япляется повышение то-чности змерен й.

Постазленная иель достигается тем, что в известный поляризационный нптенферометр, содержащий на входе и выходе установленные зеркально иоляронды и двоякопреломляющие светоделители в виде призм Волластона, лололпительно введены но крайней мере две двоякопреломляющие пластинки, каждая из которых вырезана из кристалла параллельно его оптической оси )1 установлена между поляроидом и светоделителем с возможностью наклона к геометрической оси пуч.ка.

Оптическая схема предлагаемого интерферометра приведена на чертеже.

Устройство содержит на входе поляроид /, дзоякопреломляющую пластинку 2, прпзму Волластона 3, объектив 4 .коллиматора,

объектив 5 приемной части л на выходе полуеоЛНовую пластлн ку 6, призму Волластона 7, двояколреломляющую пластинк 8 и .поляроид 9.

Исследуемая среда помещается между объективами 4 и 5, а двоякоиреломляющне ллаСтиики 2 н 8 установлены с возможностью наклона к геометрической 0:си пучка по ОТНОШ6НИ1О к напра1влению их кристаллической осн.

Устройство работает следующим образом.

Налравленне пропускания поляро.идоз / л 9 составляет угол 45° с ребрамИ клиньев призм Волластона 3 и 7, кристаллические оси пластинок 2 и 8 перпендикулярны ребрам клиньев либо параллельны им и притом параллельны ме/мду собой; глазные нзправления пластиной в полволны 6 составляют € Ребра1ми Клиньев угол 45°.

Введение в интерферометр наклон;кь:х двоякопреломляющих пластинок 2 ц 8 вво.дит астлгматиз.м IB .когерентные пучк1, так как сходящиеся пучки проходят через ла«лонные пластинки я каждый луЧОк проходит одну из пластилок как необыкновенный для нее. Астигматизм будет одинаков для обоих пучков, потому ЧТО кристаллические оси лластино,к параллельны, а пласт, в лолволны .меняет местами их плоскости поляр,иза;ци.и; лучок, обыкновенный д.дя пластинкн 2, становятся необыкновенным в пластннке 8 л наоборот. Одилаковый астигматизм в обоих интерферирующих лучках не нриводит iK искажению интерференционных полос.

Работает ллтерферометр следуюлщм образом.

Когда пластин.ки 2 и 8 нормальны к геог метрической оси пучка и призмы 3 и 7 занлмают оптически сопряженные положения, .в поле интерференции .наблюдается бесконечно широкая полоса. Наклон пластиики 2 в результате иоворота ее на некоторый угол вокруг оси, лерлендикулярной ребрам кл;;ньев лризм 3 л 7. вызывает двооние нзобэажешш источника света в направленна: ребер клиньев. Оптическая система 4-5 стролт два пзображ€н.ия источника вб.Л:Изи фокуса объектива 5. Пластинка 8 устанавлмвается лараллельно пластинке 2. Такой наклон лластиики 8 удват-зает рассто:яние между изображениями источника и в то же время уравнивает разность хода и астигматизм в когерентных пучках. образОМ, iB литерферометре о.бразуется два когерентных нсточшша, сдвл;н}тых друг относительло друга вдо.ль ;ребер клильев призм .3 и 7. Соответственно полосы направлены перпендикулярно ребрам клиньев. Смещением прлзм 3 31 7 вдоль оси 1П)чка можно п-р.идать лолосам произвольную ор 1ентацню.

Действле наклонных ,пла1стинок можно пояснить следующим образом.

Наклон ллоской лластннки на угол со приводит к смещению изображен.1-;я на веллЧ:ИНУ

8 ; doj 1 1 - -

где d - толщлна лластинки;

п - показатель преломления;

(1) - угол :меж|ду нормалью к лластинке и главным лучом.

Для крлсталлической пластинки, вырезанлой лараллельно оптической оси, место двоение изображения на величлну

Да

ЛЭ ssdo

.где Дп - разность показателей преломления обыа Н:Овенного н леобыкновенного лучей; п - средний локазатель лреломления.

Таки.м образом, с ло.мощью лодобнык кристаллических пластинок можно осуществ,ить двоение в изо браженли лсточника света и регулировать его ло веллчине изменением наклона.

Действием кристаллических пластинок, как видно из лрлведенной зав.и.сиМОсти, пропорщионально лх толщине и разности показателей лрело.мления обыкновенного и необыкновенного . Поэтому лластинкя следует лзготавллвать из матернала с сильным двойным лучепреломлением, напрлмер, из исландского шпата. Две лодобных плзстинки толщиной 10 мм при наклоне до 20° позвол-яют получить до 90 полос в Прэделах относительного отверстия 1 ; 8.

Наклон пластинки вызывает значительно меньщую дисторсию в изображении рабочего поля по сравнению с нризмой. Поэтому допустимы значительные углы наклона и тем самым расщ.пряются возможности настройки интер|ферометра. Действие крлсталдическнх пластино.к не зависит от величиньг сдвига, которая определяется основными светоделителями. Изготовление таких пластинок гораздо проще, нежели изготовление иолярлскола Савара или призмы Волластона.

Существенно, что предложенный :инте.рферометр может быть реализован с призмаМ,и Волластона, .изготовленными из любого материала, на)прл:мер, 1кристалли;ческого кварта. Таким образом, интерферометр лозволяет получить большое чис..то полос параллельных сдвигу волло-вых ловерхностей, и тем са.мым повысить на глядность картины и увеличить точность изм-зрен.ий.

Ф о р м } л а изобретения 5Поляп1 : ЯУпгпн1-:1-,1Й интйпгЬ пг л-1РТ.п. гте.пжащий на входе И выходе установленные зеркально поляроиды и двоякопреломляюшие оветодел.ители в виде призм Волласто«а, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены по крайней мере две двоякопреломляющие лласхинки, каждая из .которых вы.резана из -кристалла параллельно его оптической оси и установлена между поляро-идом и светоделителем с возможностью .наклона ,к (геометрической оси пучка.

6

HcT04K ;iK i информации, принятые во внимание при экспертизе: I

1. Н. П. Михеев. Компенсацион-ные интерферометры в книге «Интерферометры сдвига, Чузаггский государственный уннзгрс тет км. П. Н. Ульянова, Чебоксары, 1971.

10

2. Автооское свидетельство

СССР № 391387, кл. G 01 В 902, 1971.

1J