Многолучевой интерферометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Ш 0 01 В 9/02 01 д 32 ФнЪ дф,. .3 а,4 Н ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСНО следоватехничесмерений учевыеостроение",а А.Л,омления.олучевойтельная0 (протоМЕТРчесва ЕРФЕРО ромати луча д фероме тановл л и ч лью ув к э тр неОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Всесоюзный научно-ис тельский институт физикоких и радиотехнических иэ (53) 531.715,1(088.8) (56) 1. Скоков И.В. Много интерферометры. М., "Маши 1969, с. 22.2. Волкова Е.А Энзин Измерение показателя прел твердых тел.методами мног интерферометрии, - "Иэмери техника", 1979, Р 2, с, 2 тип).(54) (57) МНО 1 ОЛУЧЕВОИ ИНТ содержащий источник монох ого излучения и по ходу еркала, образующие интер Фабри-Перо, гониометр, ус ный между зеркалами, о т щ и й с я тем, что, с це личения точности измерений, перед интерферометром Фабри-Перб установ.лен поляризатор, а между зеркалами интерферометра фабри-Перо установлена фаэовая пластинка с азимутом оптической оси, повернутым на 45 относительно азимута поляризатора, причем толщина фазовой пластинки пропорциональна разности фаз между ортогонально поляризованными составляющими проходящего света, рав- ной половине ширины интерференционной полосы, а после интерферометра Фабри-Перо расположены поляризационный компенсатор, оптический модулятор с азимутом оптической оси кристаллов, параллельным азимуту поляри- Ес затора, анализатор с азимутом пропускания, повернутым на 45 относительно азимута поляризатора, и фотоэлектронный умножитель, выход ко- С торого соединен со входом узколосно го усилителя, который подключен к регистрирующему устройству,45 50 55 60 65 Изобретение относится к оптикеи измерительной технике и предназначено для прецизионных линейных измерений, в частности для .измеренияабсолютного значения показателяпреломления образцовых мер,Известны многолучевые интерферометры, точность которых не превышает 0,01 Л С 1 ЭОднако при измерении показателяПреломления образцовых мер, сличении мер длины и других подобных измерениях метрологического характеранеобходима более высокая точность,и требования к этому метрологическому параметру постоянно растут.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущюсти и достигае-,мому результату является многолучевой интерференционный гониометр,который предназначен для измеренияпоказателя преломления образцовогонабора мер Г 2 3Он состоит из источника монохроматического излучения, коллиматора,многолучевого интерферометра фабриПеро, состоящего из двух стеклянныхпластин с отражающими слоями, говнометра, расположенного между пластинами фабри-Перо, и фотографическогоустройства, Измерение коэффициентапреломления с помощью прототипаосуществляется .следующим образом,Исследуемую пластину устанавливаютна столике гониометра и Фотографируют интерференционные картины притрех углах падения лучей на нее, Поизмеренным диаметрам интерференционных колец рассчитывают оптическуюразность хода для осевого луча.Показатель преломления определяютпо измеренным углам падения и рассчитанным порядка интерференции.Недостатком известного гониометра является невысокая точность измерения, составляющая 0,01 интерференционной полосы.Цель изобретения - повышениеточности измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что в многолучевом интерФерометре, содержащем источник монохроматического излучения и по ходу луча два зеркала, образующие интерферометр фабри-Перо, гониометр, установленный между зеркалами, перединтерферометром Фабри-Перо установ"лен поляризатор, а между зеркаламиинтерфометра фабри-Перо установленафазовая пластинка с азимутом оптической оси, повернутым на 45 отоносительно азимута поляризатора,при-.чем толщина Фаэовой пластинки про-порциональна разности фаз между ортогонально поляризованными составляющими проходящего света, равнойполовине ширинй интерференционной полосы, и после.интерферометра фабри-Перо расположены поляризационный компенсатор, электрооптический модулятор с азимутом оптической оси кристаллов, параллельным азимутупол.ризатора, анализатор с азимутомпропускания, повернутым на 45 о относительно азимута поляризатора, ифотоэлектронный умножитель, выход 0 которого соединен со входом узкополосного усилителя, который подключенк регистрирующему устройству,На фиг, 1 изображена схема многолучевого интерферометра; нафиг. 2 - амплитуды составляющих луча, а также оптические оси анизотропных элементов, нумерация которыхсвидетельствует нумерации, приведенной на фиг. 1; на фиг. Э - зависимость выходного сигнала узкополосно 20 го усилителя О от Фазового смещения Ф; на фиг. 4 - функции Эйридля лучей, поляризованных соответственно в плоскостях о = (110) ир = (110 1, а также аппаратная функ 25 ция устройства 0 = Е (сР)Устройство состоит из источникамонохроматического излучения 1, поляризатора 2, зеркал интерферометрафабри-Перо 3 и 4, Фазовой пластинки 30 5, гониометра б, на столике которого установлена исследуемая пластина 7, поляризационнйй комйенсатор,например компенсатор Бабине 8,элект.рооптического модулятора 9, анализа тора 10 диаФрагмы 11, фотоэлектронного умножителя 12, узкополосногоусилителя 13 и регистрирующего уст-ройства 14.Иноголучевой интерферометр рабо тает следующим образом. Линейно поляризованный луч с азимутом электрического вектора 00 входящий в интерферометр фабри-Перо, образует благодаря фазовой пластинке 5 две ортогональные линей но поляризованные составляющие, причем оптический путь их различный. Толщина фазовой пластинки 5 подобрана таким образом чтобы между составляющими луча образовался Фазовый сдвиг, равный половине отно. сительной ширины интерференционной полосы (к/2 на фиг. 4 1. Обе ортогональные составляющие, поляризован. ные в плоскостях о = (110 ) и р = = .(110) соответственно, образуют две независимые интерференционные картины, которые смещены относительно друг друга на ширину полось ,ц фиг. 4 ). Осевой луч на выходе интерферометра в общем случае эллиптически поляризован с эллиптичностью, которая зависит от фазового смеще- ния ,и, Отношение интенсивностей ортогоцальных составляющих зависит= Эо (1+ соз 4) ны А 1= А д =Зро". имеем(фиг, 2): р ог с/"амплитуды Рувеличении к=о г гА г д Таким образоние фазы У несуммарной амплик значительномуполяризации нагде Я- =а8:с(гсЬ нк на рутизнае. Из причем х = 2 к д иции Эйри в рабочеходим: то 91 пЕ= г 1 созЕ сле элект,зимутимеет от разности фаз лучей в интерферо"метре д , т.е. от оптической длиныинтерферометра е = ЕЬп, При Рг=й -32 имеем 0 = М +поэтомуМ2 9 2 2обе интенсивности равны, и если эллиптичность выходного луча в процес. се настройки скомпенсирована с помощью компенсатора Бабине 8, то.на выходе интерферометра имеет место линейно поляризованный луч с азимутом электрического вектора Оо. Увеличение оптической длины интерферометра приводит. к одинаковому фазовому смещению Фдля обеих составляющих. Небольшое изменение фазы на угол б"приводит к значительному увеличению амплитуды Аи к такому же уменьшению амплитуды А) (фиг, 2), что является причиной значительного ,.поворота плоскости поляризации лу,ча на выходеинтерферометра. Если .интенсивность обоих составляющих луча, лежащих в плоскостях оС и /3,. одинакова и в максимуме равна,Эо, то в рабочей точке интерферометра, где крутизна функции Эйри максимальна, обе интенсивности равны 1. и2 оав При(21небольшое изменеызывает.изменения уды, однако приводит повороту плоскости гол д"= 45 о -.Е ею 7); соз= - "Г-г Волновая функция луча прооптического криоталла 9,оптической оси которого 0оА Евид, где А:Асоз:о ("6+х Ф 1- х )Гх о у - 2 А:Аул= о ф+х -Г. )6= 2 + о, пЯ 1 (71, где Я- часЭтота модуляции. Интенсивность лучапосле анализатора 10, плоскость по 1 О ляризации которогоимеет азимут 45равна Перед ФЭУ 12 установлена диафрагма11 с диаметром . ф = 0,1 мм с целью,чтобы в измерейии участвовал только.20 осевой луч. Если узйополосный усилитель 13 настроен на первую гармонику, то на выходе имеем сигнал самплитудой, равной Ц= 43 о Э 1(6 )КоОтносительная ширина интерференцион ной полосы р. и крутизна % связаныс коэффициентом отражения зеркал 1 1: 30 Если р = 0 9 б, то рс = 0,04,КТ 50,Если р = 0,98, то р, = 0,02,% -100.Для того, чтобы исключить влияниеискажения состояния поляризации лучапри падении на наклонную пластину, 35 необходимо, чтобы ось вращения столика гониометра была перпендикулярнаплоскости нулевого азимута, котораясовпадает с плоскостью падения луна на исследуемую пластину. 40В многолучевом интерфометре неимеет места измерение разности хода произвольной величины, а производится установка таких углов падения 45луча на исследуемую пластину - 9; при которыхразность хода, изменяется на М,причем острота аппарат ной функции О = Е(д"1 (фиг. 4 1 в рабочих точках позволяет фиксировать интервалы фазовых смещений кратных 2 й с точностью + 110 6 рад что позволяет повысить точность измерений показателя преломления исследуе мых пластин. Кроме того, многолучевой интерферометр может. найти применение в системах автоматической подстройки положения зеркал резонаторов, для контроля вариаций коэффициента преломления сред, заполняющих интерферометр, который может 0 быть связан с температурой, плотностью, койцентрацией примесных атомов, напряженностью электрического или магнитного поля и т,д,1060939 Составитель Г.уткинедактор В. Ковтун Техред Т.фанта Корректор О о 602 Подписноественного комитета СССобретений и открытийЖ"35, Раушская наб Закаэ 10024/41 Тира ВНИИПИ Государ по делам и 113035, Москв