Лазерный гетеродинный интерферометр и электрооптический модулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК БО 566214 А 1 65)5 ПД В 992, и Ц 2.Р /ЦИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) ОрСсз 1 е 1 Сегз, 986,;11, У 11,ре 718,Патент СДА Ф 3512864,кл, С 02 Е 3/00, 1970,(54) ЛАЗЕРНЫЙ ГЕТЕРОДИННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР 2(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных управляющих системах металлообрабатывающих станков.Цель изобретения - повышение точности за счет устранения погрешностей, связ анных с устранением неконтролируемойразности Фаз, появляющейся при произвольной ориентации лазера и расщепителя,и с устранением паразитных боковыхчастот путем снижения напряженностиэлектрического поля у краев ппанарных электроцов в электрооптическоммодуляторе, Луч лазера 1 разделяетсяна два пучка 3, 4 с помощью расщепителя 2 и вновь соединяется послепрохождения в пучке 4 исследуемойсреды узлом 9 совмещения, В опорномплече интерферометра расположен узел5 поворота плоскости поляризации, Спомощью электрооптического модулятора 10 осуществляется перенос сдвигаФазы оптического сигнала, вызванного исследуемой Фазой, на боковую частоту, Приемник 11 излучения осущест"вляет детектирование сигнала, а разность Фаз регистрируется с помощьюизмерителя 12 разности фаз, За счетизменения плоскости поляризации вопорном плече на 90 устраняется Изобретение относится к из мерительной технике и может быть использованов отсчетных и управляющих системах,например, металлообрабатывающих станков,Цель изобретения - повышение точности за счет устранения погрешностей,связанных с устранением неконтролируемой разности фазпоявляющейся припроизвольной ориентации лазера и расщепителя, и устранением паразитныхбоковых частот путем снижения напряженно сти электрического поля у краевпланарных электродов в электрооптичес/ком модуляторе,На Фиг, 1 представлена оптическаясхема лазерного гетеродинного интерферометра; на Фиг, 2 - оптическая схе-ма приемника излучения, на фиг, 3 -схема электроолтического модулятора,Лазерный гетеродинный интерферометрсодержит лазер 1 (ллоскость поляризации которого указана стрелкой), расщепитель 2 входного пучка на первый3 и второй 4 пучки, узел 5 поворотаплоскости поляризации, зеркала 6 и7, кювету 8 для помещения объекта измерения, узел 9 совмещения, электрооптический модулятор 10, приемник 11излучения и измеритель 12 разностиФаз, Приемник излучения содержит свечоделитель 13, на выходе которого пер-вый 3 и второй 4 пучки расщепляются655на компоненты 14 и 15, анализаторы 16и 17 и фотодетекторы 18 и 19,Электрооптический модулятор содержит пластину 20 из керамики с квадрапогрешность, вызванная йестабильностью положения лазера относительнорасщепителя, Разность потенциалов токопроводящих канавок модулятора по отношению к рабочей области в пластинеиэ керамики с квадратичнымэлектрооптическим эффектом имеет сдвйг фаз120 , что обеспечивает перемещениеположения оптической оси световогопучка, проходящего через рабочую область с постоянной угловой скоростьюя и, таким образом, его модуляции счастотой Я , Использование токопроводящих канавок уменьшает неоднородность напряженности электрическогополячто снижает уровень паразитиыхбоковых частот, 2 с.п,ф"лы, 3 ил,тичным электрооптическим эффектом(рабочая поверхность которой показана в плоскости чертежа), в которойвыполнены электропроводящие канавки21-23, рабочую область 24, Модуляторподключен к источнику 25 управляющегонапряжения,Интерферометр работает следующимобразом,Входной пучок расщепителем 2 разде.ляют на первый 3 и второй 4 пучки,Узел 5 поворота плоскости поляризации поворачивает плоскость поляризации первого пучка 3 перпендикулярноплоскости чертежа,(Фиг, 1, показаноточкой), За узлом 9 совмещения получают суперпоэицию первого 3 и второго 4 пучков, которые условно показавйраздельно, имеющих ортогоналыые поляризации, а Фаза второго пучка 4 линейно зависит от длины оптического пути через кювету 8 с объектом измерения. Матрица Джонса для сулерпоэициипервого 3 и второго 4 пучков эа узлом 9 совмещения имеет вид где Е Е - максималыие величиныхв усклярных: компонентовэлектрического поля вплоскости чертежа илерпендикулярно плоскости чертежа;8 - фазы комонент Е, ЕЫ - оптическая частота;- время.515662 4 6Модулятор 10 характеризуется мат- а азимутальный угол модулятора равенрицей Джонса 4) . и лежит между плоскостями поляри 1 ИНзации первого 3 и второго 4 пучков,е О На выходе, модулятораО частота.0-е (2)5первого 3 и второго 4 пучков сдвинута на величину 2 й соответственно,где Я- частота врещеиия оптической вверх и вниз по отношению к частотеоси, входного пучка;+(сд 2 й)1 3 ,2 Ц " е1,"Е +(Ю1 3 1291 " " Я (3)0 -е Е есУсловия для интерпретации и Фото- ствующие матрицы Джонса равны:детектирования первого и второго пуч- для анализатора 6ков создаются в приемнике 11 излуче1ния е 1Приемник 11 излучения работает и для анализатора 17следукщим образом,Первый 3 и второй 4 пучки делятю1ся по интенсивности пополам таким образом, что Фазы компонент 14 и 15 ос- а компоненты 14 и 15 эа анализаторами,таются неизменными, При укаэанной ори- полученные умножением (3) на (4) иентации анализаторов 6 и 17 соответ- (5), равныЕе кГЕ+(шф 2 Я) 3 Е 1 ГИУЯф(шЯ)3 (6)(5) 1.Е+(оз 2 Я ф 3 Еу+ (соЙ)4 1Ее +Е,е (7) Сост вет ствующие интерференционные члены тока фотодетекторов 8 и 19 равны разности фаз колебаний с частотами ы+2 й и дЯ:в = ЕкЕсоэ(Гк-Я+4 Щ)+Д (8) , =соз (Е"Е+4 Я)+";, (9) а разность фототоков равна1 Й 9 1кЕсоз(Ек Еу+4 Я) ( 10)Лз (0) следует, что действие любых факторов, одинаково изменяющих Фазу колебаний в пучках 3 и 4, и- как не влияет на фазу фототока, Такими факторакю являются, например, температурная нестабильность механической конструкции интерферометра или активного элемента электрооптического модулятора, Зумовая модуляция интенсивности входного пучка или паразитная амплитудная модуляция в электрооптиче,ком модуляторе, определяемая находящимся в Фазе составляющимитакже не влияет на разность фото- токов (10),Лазерный гетеродинный интерферо. ментр построен на оптической скамье ОСК. В качестве источника входного пучка света используется одномодовый лазер, в качестве расщепителя и узла совмещения пучков - две амплитудные делительные пластинки и два зеркала, Узел, поворачивающий плоскостьполяризации первого пучка, выполненв виде последовательного соединениядвух ромбов Френеля, каждый иэ которых дает разность хода 90. Длина оптического пути во втором пучке опре 35 деляется объектом изменений - поворотом стеклянной пластины вокруг оси,перпендикулярности, в которой находятся первый и второй пучки,Модулятор работает следукщнм об 40 разом,Разность потенциалов электропроводящих канавок 21-23 по отношениюк рабочей области 24 задается источником 25 управляющего напряжения и45 имеет сдвиг фаз 120, Электрическоеполе вращается с постоянной скоростью и так, что его оптическая ось также перемещается с постоянной скоростью, Величина сдвига частоты илнпучков света 3 и 4 в рабочей области24 зависит от частоты вращения всоответствии с матрицей Джонса12 Ю0 е -12 й 1Для совокупности и параллельныхпластин аналогично имеюте 2"О14 канала, установленных в третьем ичетвертом световых пучках,. каждый изканалов состоит из последовательно соединенных анализатора и фотодетектора,выходы фотодетекторов соединены с соответствующими входами измерителя разности фаз,Составитель В,ЧулковТехред Л,олийнык Корректор Э.Лончакова Редактор Н.Бобкова Заказ 1215 Тираж 494 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 7 15662Формула изобретения 1, Лазерный гетеродинный интерферометр, содержащий последовательно установленпые источник монохроматическо 5 го света с эллиптической поляфизацией и расщепитель входного пучка на первый и второй, предназначенный для зондирования объекта, последовательно устацов 10 ленные узел совмещения, расположенный на пересечении первого и второго световых пучков, электрооптический модулятор и приемник излучения, и измеритель разности фаз, о т л и ч а ю щ и й15 ,с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен узлом поворота плоскости поляризации, установленным в первом световом пучке перед узлом совмещения приемник излучения выполнен20 в виде балансной схемы, содержащей светодечитель светового пучка на третии и четвертый пучки, два приемника 2. Электрооптический модулятор, содержащий активный элемент, выполненный в виде пластины из керамики с квадратичным электрооптическим эффектом, на рабочей поверхности кото" рой осесимметрично расположены электроды под одинаковыми углами с расстоянием между электродамй, равным чет" верти длины волны света, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точпости.за счет подавления паразитных боковых частот, электроды выполнены в виде токопроводящих канавок.