Двухлучевой интерферометр Советский патент 1982 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к интерферо :метрии и может быть использовано,в частности, для исследования прозрачных оптических материалов. Известен двухлучевой интерферометр Лебедева, в котором используетс интерференция двух когерентных пумков света, имеющих взаимноортогональную линейную поляризацию, и съдержащий поляризатор, анализатор, дв плоскопараллельные пластины из двупреломлящего материала, полуволнову и четверть волновую фазосдвигаю1чие пластинки C13. Однако интерферометр характеризуется малым расстоянием между когерен ными пучками, что не позволяет исследовать образцы, имеющие большие линейные размеры. В таком интерферометре невозможно исследование оптиче ки активных (гиротропных) материалов поскольку поворот плоскости поляризации в исследуемом материале приводит к нарушению работы интерферометра. В таком интерферометре нельзя получать большие разности хода, в частности, путем изменения геометрической длины пути света, что исключает его использование для измерения линейных перемещений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является , двухлучевой интерферометр (построенный по схеме Майкельсона), содержащий расположенные на одной оптичрской оси осветитель и светоделитель, делящий световой поток на две ветви, отражатели, расположенные в этих ветвях, и наблюдательное устройство, расположенное в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Светоделиг тель выполнен в виде элемента с полупрозрачной отражающей поверхностью, например, в виде полупрозрачной пластины,. Наблюдательное устройство расположено в плоскости, перпендикулярной оптической оси и проходящей через центр светоделители 2.

Недостатком этого интерферометра является то, что он не позволяет проводить исследования в поляризованном свете, а также нерациональное использование светового потока, поскольку даже при отсутствии поглощения в -полупрозрачном слое светоделителя только 50% светового потока выводится в направлении наблюдательного устройства и участвует в создании интерференционной картины, а 50 бесполезно уводится в направлении осветителя. Нерациональное использование светового потока источника свеТа снижает КПД интерферометра.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей -и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что двухлучевой интерферометр снабжен направленным поляризационным ответвителем, установленным между осветителем и светоделителем,а светоделитель выполнен в виде поляризационного лучерасщепителя,плоскость пропускания направленного поляризационного ответвителя составляет равные углы с главными направлениями поляриза ционного лучерасщепителя, а наблюдательное устройство расположено на пути вышедшего из поляризационного ответвителя светового луча.

Кроме того поляризационный лучерасщепитель и направленный поляризационный ответвитель выполнены в виде многослойных интерференционных расщепителей луча.

На чертеже изображена принципиальная схема двухлучевого интерферометра.

Двухлучевой интерферометр содержи расположенные по одной оптической оси 0-0 осветитель-лазер 1, направленный поляризационный ответвитель 2, светоделитель,выполненный в виде поляризационного лучерасщепителя 3, и отражатель k, отражатель 5 и наблюдательное устройство 6.

Двухлучевой интерферометр работает следующим образом.

Линейно поляризованное излучение лазера 1 беспрепятственно проходит через направленный поляриза((ионный ответвитель 2, как совпадающее с его плоскостью пропускания (плоскость пропускания на чертеже показана отрезком р-р)и падает на поляризационный лучерасщепитель 3. Поскольку

вектор поляризации падающего излучения составляет равные углы Л А с главными направлениями q и Ь поляризационного лучерасщепителя 3 5 из последнего по направлению к отражателям 4 и 5 выходят два луча равной интенсивности и поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях (направления колебаний электриo ческого вектора в разных лучах показаны на чертеже стрелками). Эти два луча являются когерентными, поскольку происходят из одного линейно-поляризованного луча, падающего

5 на поляризационный лучерасщепитель 3. Отразившись от отражателей t и 5 и пройдя через поляризационный лучерасщепитель 3 в обратном направлении, эти два когерентных луча объединяются в один, распространяющийся к направленному поляризационному ответвителю 2 луч. Состояние поляризации этого луча однозначно определяется величиной оптической разности

5 хода лучей на пути между поляризационным лучерасщепителем 3 и отражателями и 5. Если эта разность хода равна ( 2 К + 1 )Л /2, где Л - длина волны света; К- целое число, то в результате сложения возникает, луч с линейной поляризацией, перпендикулярной первоначальной поляризации излучения лазера 1, который направленным поляризационным ответвителем 2 выводится в направлении наблюдательного устройства 6, образуя максимум освещенности в интерференционной картине. Если )хе разность хода двух когерентных ортогонально поляризованных лучей составляет КА, то в результате их сложения образуется луч, имеющий поляризацию, совпадаю(ую с исходной, который беспрепятственно проходит 4feрез направленный поляризационный ответвитель 2 в направлении лазера 1. При этом в направлении наблюдательного устройства 6 не происходит отражение светового потока, т.е. такая разность хода соответствует минимуму освещенности в интерференционной картине.

8 двухлучевом интерферометре а качестве отражателей могут быть использованы зеркала или призмы полного внутреннего отражения, В качестве поляризационного лучерасщепителя 3 и направленного поляризационного ответвителя 2 могут быть использованы 5 многослойные интерференционные расщепители луча. Интерферометр предназначен для испытаний (контроля, исследований) прозрачных оптических материалов в линейно-поляризованном свете, в част ности для измерения малых изменений показателей преломления линейно-поля ризованного света при прямых измерениях электрооптических, пьезооптических и подобных коэффициентрв« Кроме того он может быть применен также для измерений линейных перемещений и измерения размеров различных изделий, в частности в координатноизмерительных машинах. Предлагаемый двухлучевой интерферометр обладает широкими функциональными возможностями, а именно позволяет проводить исследования материалов в линейно-поляризованном свете без применения дополнительных поляризаторов, причем измерительные каналы могут быть удалены друг от ПРУга на любое требуемое расстояние в связи с чем отсутствуют ограничения на линейные размеры образцов. Последнее обстоятельство существенно, например, при измерении электрооптических коэффициентов материало когда необходимо помещать в измерительный кайал интерферометра образец окруженный системой высоковольтных электродов. Кроме того, интерферомет пазволяет проводить в поляризованном свете исследования оптически актив.ных сред, характеризуется рациональным ( вдвое более полным, чем в известном, т.е. близким к 100%) использованием светового потока, что достигается направленным выводом све товой энергии из интерферометра, который осуществляется направленным поляризационным ответвителем. Применение интерферометра в координатно-измерительных машинах и в приборах для измерения размеров различных изделий и величины линейных 9 перемещений позволяет вдвое уменьшить мощность используемых лазеров, уменьижв таким образом энергопотребление устройств, что приводит к повышению КПД. Формула изобретения 1.- Двухлучевой интерферометр, содержащий расположенные на одной оптической оси осветитель и светоделитель, делящий световой поток на две ветви, отражатели расположенные в этих ветвях, и наблюдательное уст- ройство, расположенное в плоскости, перпендикулярной оптической оси, отличающийся тем, что, ; с целью расширения функциональных возможностей и повышения КПД, оно снабжено направленным поляризационным ответвителем, установленным пежду осветителем и светоделителем, а светоделитель выполнен в виде поляризационного лучерасщепителя, плоскость пропускания направленного поляризационного ответвителя составляет равные углы с главными направлениями поляризационного лучерасщепителя, а наблкздательное устройство расположено на пути выведшего из поляризационного ответвителя светового луча. 2. Интерферометр по п. 1, о т личающийся тем, что поля,Р зационный лучерасщепитель и направленный поляризационный ответвитель выполнены в виде многослойных интерференционных расщепителей луча. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шишловский А.А. Прикладная физическая оптика. М., Физматгиз, 19б1, с. 190. 2.Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Л., Машиностроение, Ленинградское отделение, 1976, с. 52 С прототип . t ff