Поляризационный интерферометр сдвига

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) а 1) Зс 50 С 01 В 9/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский ордена Ленина .электротехнический институтим. В,И.Ульянова (Ленина)(54) (57) ПОЛЯ РИЗАЦИОННЬП 1 ИНТЕРфЕРОМЕТР СДВИГА, содержащий осветительную систему, состоящую иэ источника моно- хроматического поляризованного излучения и .коллиматора, столик, установленный с возможностью поперечного перемещения, бифокальную линзу, расположенную на столике, и анализа" тор, о т л и ч а ю щ и й с я .тем, что, с целью обеспечения возможности измерения продольного сдвига, он снабжен четвертьволновой пластинкой, установленной между коллкматором и бифокальной линзой так, что оси четвертьволновой пластинки составляют угол 45 ф с осями бифокальной линзы, анализатор расположен под углом 45 к оптическим осям бнфокальной линзы,а столик выполнен с воэможностью продольного перемещения.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическиминтерференционным приборам, служащим для измерения параметров световых пучков (перемещений, угловой 5расходимости, пространственной когерентности), а также оптических передаточных функций контролируемых объектов (например, объективов),Известны поляризационные интерферометры сдвига, в которых сдвиг волновых фронтов осуществляется с цомощьюустройств в виде плоскопараллельныхпластинок и клиньев (как в отдельности, так и в их сочетании), изготавливаемых из двупреломляющих кристаллов:исландского шпата (СаСО), кварца(Здо) ЯНедостатком известных интерферометров является то, что высокая чувствительность измерений достигается лишьпри работе со световыми пучками, обладающими малыми углами сходимости( 1 10 ).Наиболее близким по технической сущРности к изобретению является поляризационный интерферометр сдвига, содержащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического поляризованного излучения и кол- Зфлиматора, столик, установленный свозможностью поперечного перемещения, бифокальную линзу, расположенную на столике, и анализатор 21,Измерение разности хода, вносимой контролируемым объектом, производится методом компенсации путемпоперечного сдвига второй бифокальной линзы. Отсчет разности двух положений компенсатора показывает измеряе Омую разность хода.Известный интерферометр по принципу своего действия является интерферометром поперечного сдвига, т.е. онпозволяет проводить измерения разности хода в направлении, перпендикулярном оси прибора.Таким образом, известный интерферометр может давать информацию об оп"тической передаточной функции контролируемого объекта только в поперечном измерении (х,у).Целью изобретения является обеспечение воэможности измерения продольного сдвига,Поставленная цель достигается тем,что поляриэационный интерферометрсдвига, содержащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического поляризованного излучения и коллиматора, столик, установленный с возможностью поперечного перемещения, бифокальную линзу, расположенную на столике, и анализатор, снабжен четвертьволновой пластинкой, установленной между коллиматором и бифокальной линзой так, что, оси четвертьволновой пластинки составляют угол 45 с осями бифокальной линзы, анализатор расположен под углом 45 к оптическим осям бифокальОной линзы, а столик выполнен с возможностью продольного перемещения.На фиг.1 изображена принципиальная схема поляризационного интерферометра сдвига; на фиг.2 - взаимное расположение осей бифокальной линзы, осей четвертьволновой пластинки и оси анализатора, а также вид интерференционного растра при фокусировке лазер ного пучка в геометрическом центре (точка 8 ) бйфокальной линзы.Интерферометр (фиг, 1) содержит осветительную систему, состоящую из источника 1 излучения (лазера) и коллиматора, включающего в себя микрообъектив 2, диафрагму 3 и коллиматорный объектив 4, четвертьволновую(7) пластинку 5, ориентированную под углом 45 О к вектору 1 Г электрических колебаний лазерного излучения, столик 6, на котооом чкоеплен контролируемый объект 7 (например, объектив), формирующий сходящийся лазерный пучок, бифокальную линзу (БЛ) 8 в качестве сдвигающего элемента, укрепленную на прецизионном столи ке 9, обеспечивающем управление перемещением БЛ в продольном (вдоль оси Е ) и в поперечном (вдоль осей Х и) направлениях, анализатор 10, установленный под углом 45 опо отношению к оптическим осям БЛ, и экран 11 для визуализации формируемой интерференционной картины.БЛ 8 состоит.из двух склеенных сфе. рическими поверхностями линз из двупреломляющего кристалла (например, СаСО или % 0):плоско-вогнутой линзы 12 и плоско-выпуклой линзы 13, имеющих ортогональную ориентациюоптических осей (О, и О ).Угол между осями БЛ и осями четвертьволновой пластинки 5 и угол между осью анализатора и осями БЛ составляет 45 . При таком угле достигаетсяомаксимальная контрастность интерференционных полос растра. Введение в3 1095устройство четвертьволновой пластинки 5 создает циркулярно поляризованный световой пучок, что позволяет осуществить "привязку" оптических осей БЛк координатным осям М, Ч, Е прецезионного столика 9, где х - горизонтальная ось (в описываемом интерферометре осьпараллельна оптической оси БЛ в плоско-вогнутой линзе 12)- вертикальная ось (в описываемом 10интерферометре осьпараллельна оптической оси БЛ в плоско-выпуклойлинзе 13), Указанное расположение осейимеет значение для удобства анализаинтерференционных растров,Четвертьволновая(3 Ф) пластинка 5(где 9 - длина волны) служит дляпреобразования линейнополяризованногоизлучения ( 1 ) в циркулярнополяризованное ( О ). Это происходит благодаря возникновению дополнительнойразности фаз 90 между двумя волнамиоравной интенсивности, поляризованными во взаимноперпендикулярных направлениях. Для создания такой разнос 2ти фаэ используется кристаллическаяпластинка (например, из одноосногокристалла-кварца кристаллического).Четвертьволновая пластинка вырезаетсяв плоскости главного сечения, содержащего оптическую ось кристалла.Направление, совпадающее с оптической осью пластинки, и направление,перпендикулярное к этой оси, называют главными осями четвертьволновойпластинки, вдоль которых скоростираспространения обыкновенной и необык.новенной волн различаются на максимальную величину,Интерферометр работает следующимобразом.40Лазерный пучок от источника 1 монохроматического поляризованного излучения после расширения его коллиматором, включающим микрообъектив 2,диафрагму 3 и коллимирующий объек этив 4, с помощью четвертьволновойпластинки 5 преобразуется из линей-.нополяризованного в циркулярнополяризованный и когерентно освещает контролируемый объект 7 (например, объек- отив), который, перемещаясь с помощьюстолика 6, фокусирует лазерный пучок в точку пространства с коорди-натами Х х , внутри или вне БЛ,Лазерный пучок с углом сходимости 1проходя через БЛ, расщепляется на двапучка: обыкновенный (о) и необыкновенный (е), причем разность хода 033 4между о- и е-пучком зависит от положения фокуса. Далее р и 8 -пучкис ортогональной поляризацией попадают на анализатор 10, где происходит их фотосмешение и возникаетпространственно нелокализованнаяинтерференция в виде чередующихсясветлых и темных полос определенногоконтура. Для получения наибольшегоконтраста интерференционных полосанализатор 10 ориентирован под углом 45 к оптическим осям БЛ. Инотерференционный растр визуализируетсяна экране 11, помещаемом на удалениипорядка 20 см и более от БЛ. При малых угловых или линейных перемещениях контролируемого объекта 7, атакже при изменении угла 1 сходимос-ти вид интерференционного растраменяется. Восстановление первоначального вида растра достигаетсяпутем трехкоординатного управленияплавным перемещением БЛ с помощьюпрецизионного столика 9, Для иллюстрации на фиг.2 представлен гиперболический интерференционный растр, который формируется при центральном(осесимметричном перемещении фокусированного лазерного пучка внутриБЛ, причем для положения фокуса вцентре БЛ (фиг.1, точка В), гиперболы будут равнобочными по отношению к асимптотам АВ и С 0 (фиг.2),а при смещении фокуса в точки, О и 3 (фиг.1) гиперболы будут постепенно деформироваться. Для фиксированной точки в БЛ с изменением уг.лабудет меняться число гипербол.При заданйом угле 1, сходимостилазерного пучка разность хода. интерферирующих лучей БЛ удобно измерять по числу полос, наблюдаемых наэкране 11 в направлении оси, т.е.1 под углом 45 к асимптотамЬ и С 9, ь:ь,(где Ьоа 2(О-йв)19 - разностьхода при нормальном падении наБЛ ( 1 = О) в точку М , удаленнуюнаот центра ОДпя БЛ высотой 20 мм с малым эквивалентным углом при вершине 6 ( 5(фиг.1) и при" 10 расчетная величина разности хода д ,- Ь оказывается порядка длины волны, что