1
Изобретение относится к оптике и измерительной технике и предназначено для прецизионных линейных измерений, а также для исследования оптических параметров прозрачных сред о
Известны поляризационные интерферометры, для которых общим является наличие двух лучей с различными состояниями поляризации, раз- о ность фаз между которыми измеряется. Для увеличения отношения сигнал/ шум используют модуляцию состояния поляризации входного или выходного луча 1 и 2 ,,5
Недостатком известных поляриг .зационных интерферометров является то, что на их точность и пороговую чувствительность влияют искаже- 20 ние состояния поляризации лучей на полупрозрачном зеркале, вызывающее паразитную модуляцию, которую неэозможно скомпенсировать, и нарушение линейности аппаратной функции, нестабильность рабочей точки модуля тора.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является поляризационный интерферометр, содержащий оптически связанные источник линейно-поляризованного излучения, одно полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркала, образующие интерферометр Майкельсона, две фа- , зовые пластинки, расположенные в каждом плече интерферометра, на выходе интерферометра по ходу луча последовательно расположены модулирующий электрооптический кристалл, оптическая ось которого составляет угол S° с плоскостью поляризации источника линейно-поляризованного излучения, анализатор, фотоприемник и блок обработки информации
Недостаток устройства - невысокая, точность измерений, вследствие uq3кажения состояния поляризации интер ферирующих лучей на полупрозрачном зеркале, нестабильности рабочей точ ки модулирующего электрооптического кристалла, невозможности использова ния анализатора в качестве внешнего компенсатора. Цель изобретения - повышение точ ности и.змерений. Указанная цель достигается тем, что в интерферометре одна из фазовыз пластинок установлена после мод лирующего электрооптического криста ла перед полупрозрачным зеркалом на входе интерферометра Майкельсона и ее оптическая ось составляет угол 45 с плоскостью падения света на полупрозрачное зеркало, причем обе фазовые пластинки являются четверть волновыми . Оптическая ось второй фазовой пл стинки параллельна плоскости падения света на полупрозрачное зеркало. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого поляризационного интерферометра) на фиг. 2 и 3 два возможных варианта ориентации оптических осей анизотропных элементов, ну мерация которых соответствует) фиг. (нулевой азимут соответствует напра лению,, перпендикулярному плоскости падения полупрозрачного зеркала, лежащей в плоскости чертежа); на фиг. 4 - принцип работы интерферометра с помощью сферы Пуанкаре. Устройство содержит источник 1 линейно поляризованного излучения, модулирующий электрооптический крис талл 2, интерферометр Майкельсона, состоящий из полупрозрачного зеркала 3 и двух непрозрачных зеркал k и 5| две четвертьволновые фазовые пластинки 6 и 7, анализатор 8 и фотоприемник 9. Принцип работы описанного интерферометра удобно показан с помощью сфе0ы Пуанкаре (фиг. Ц). Благодаря анизотропным элементам 2 и 6 иг.1 на полупрозрачное зеркало 3 падает линейно поляризованный луч с переменным азимутом (состояние поляризации А на фиг. 4). На зеркале 3 луч делится на два луча, причем оди из этих лучей, отраженный от непрозрачного зеркала k, выходит из инте ферометра с состоянием поляризации А, второй пум, прошедший через чет 4 вертьволновую пластинку 7, выходит с состоянием поляризации А, Используя матрицы Джонса, можно показать, что в результате сложения лучей с состояниями поляризации А и А, образуется луч с состоянием поляризации АЗ, описывающий, благодаря модуляции, эллипс, лежащий в плоскости симметрии лучей- А А, причем точка пересечения эллипса с большой окружностью LHR определяет измеряемую разность фаз между интерферирующими лучами Интенсивность выходного луча описывают; уравнением )5 5 51И2Ч),(Я где б лбо+ oSingt о - амплитуда модуляции фазы , Дбд - нестабильность рабочей точки модулирующего кристалла ; 55- - частота модуляции, Ч - угол поворота анализатора от начального азимута, V +45 Для компенсации переменной составляющей интенсивности (ОАт, фиг. ) анализатор Ац, поворачивают на угол % -- или ,j 90 + Сх/2.)в этом случае имеет место тождество ОАзсо9 - CO con5t, гдео(. 1/2 угла . Таким образом, при компенсации интен-. сивность луча на фотоприемнике 9 постоянна и не зависит от модуля - ции эллиптичности входного луча. Из (1 ) видно, что выбранная ориентация оптических осей элементов и их взаимное расположение позволяют осуществить мультипликативную модуляцию типа c,ivi CAG-Q -(.)«51У1 (X f г) в отличие от аддитивной модуляции типа Слб-о C-Q %1И SL-t У 2 I что дает возможность исключить влияние нестабильности рабочей точки модулирующего кристалла ЛС на точность измерений. Выбранная ориентация оптических осей и взаимное расположение анизотропных элементов дает также возможность исключить влияние искажения состояния поляризации интерферирующих лучей на полупрозрачном зеркале 3f так как последнее влияет на оба луча одинаковым образом. Действ полупрозрачного зеркала проявляется лишь в том, что плоскости, в которых при модуляции перемещаются интерферирующие лучи А и Р® зультирующий луч А поворачиваются вокруг оси HV на угол Д. Интерферирующие лучи, записанные матрицами Джонсона на выходе после полупрозрачного зеркала, выглядят в виде А Г siw (AS - iWirR-yTTt M л TL COS t45 HC5/l)) J L R-vTv J - . Ar5in(.45t40-/i))irRyT e- 1 -Igix a- 0.1:С09(45-ь((Г/2))Яр.,Тз J где A - амплитуда луча j,RyT5i;L соответственно амплитудные коэффициенты отражения и пропускания для со тавляющих линейно поляри зованных лучей с азимуто О и 90°, Л- разность фаз между соста ляющими луча, возникающими при отражении. Интенсивность выходного луча пос анализатора при этом равна :) - R й. tl - 2 (.51М X-sivi г - co Gcos cos ivvsivi л 3 Учитывая, что (Г представляет собой модулирующий сигнал, и разлагая уравнение в ряд Фурье, находим, что при работе на неветной гармонике ве личина Л. не оказывает влияния н на линейность компенсатора, ни на пороговую чувствительность. Кроме того, неравность коэффициентов Я) и Ц, что приводит к изменению азимутов интерферирующих луче также не оказывает влияния. Выбран ная ориентация оптических осей элементов и их взаимное расположение дают возможность использовать анализатор, стоящий на выходе интерферометра, в качестве компенсатора. Одновременное удовлетворение трем вышеуказанным требованиям дает возможность довести пороговую чувствительность предлагаемого интерфе рометра до 10 и. Предложенный поляризованный интер- ферометр можно использовать и для . исследований двупреломляющих объектов, в этом случае исследуемый объект устанавливат между полупрозрач.ным зеркалом 3 и фазовой пластинкой 7, причем азимут оптической оси исследуемого объекта должен быть равен tS . Формула изобретения 1.Поляризационный интенферрметр, содержащий оптически связанныё источник линейно-поляризованного излучения, одно полупрозрачное зеркало и два непрозрачных зеркалд, образующие- интерферометр Майкельсона, две фазовые пластинки, расположенные в каждом плече интерферометра, на выходе интерферометра по ходу луча последовательно расположены модулирующий электрооптический кристалл, оптическая ось которого составляет угол S с плоскостью поляризации источника линейно-поляризованного излучения, анализатор, фотоприем;ник и блок обработки информации, Отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, одна из фазовых пластинок установлена после модулирующего электрооптического кристалла перед полупрозрачным зеркалом на входе интерферометра Майкельсона и ее оптическая ось составляет угол 45 с плоскостью падения света на полупрозрачное зеркало, причем обе фазовые пластинки являются четвертьволновыми, 2.Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оп тическая ось второй фазовой пластинки параллельна плоскости падения света на полупрозрачное зеркало. 3.Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптическая ось второй фазовой пластинки перпендикулярна плоскости падения света на полупрозрачное зеркало. Источники информации, принятые ао внимание при экспертизе 1.Патент Швейцарии № 529991, кл. G 01 В 11/02, опублик. 1971. 2.Замков В.А., Радкевич В.А, Сб. Докладов Всесоюзного совещания Оптические и титрометрические анализаторы жидких сред, Тбилиси, 1971, ч. 2. с. 128. 3.Патент Франции tf 2208518, кл. G 01 В 9/00, 197А.
ш./
Фи.5
