Способ создания интерференционных полей с фазовым сдвигом от 0 до 180

(51)5 С 01 В 9/02 АНИЕ ИЗОБРЕТЕ электроники СО он ке вич, Г,А.Л ен арасов75577.(54) СПО ЦИОН 11 Ь ГОР ОТ С (57) Изоб ной техн СОВ СОЗХ ПОЛЕПО 180ретение оке и мож АНИЯ ИНТЕР С ЗАЗОВЫМ ЕРЕН- СДВИТНОСИТСЯ К ИЗМЕ ет быть использ тел ано Изоб ой техн ой интизмеренний. ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Инсти гут автоматикиАН СССР(56) Патент Франции К." 23С 01 В 9/02, 1987,оетение относится к измерительке и может поименяться в лазеррфооометрил для высокоточных й линейных и угловых перемещеИзвестен способ создания интерференционных полей с требуемым фазовым сдвигом в пределах от 0 до 180, обеспечивающий получение информации о направлении и величине продольного смещения фронта волны измеритег 1 ьного пучка относительно референтного в интерферометрах, работающих на принципе "постоянного тока", основанный на приведении к интерференции двух пучков с линейной и круговой поляризациями, В соответствии с этим способом в интерферометр направляют линейно поляризованное излучение лазера с ориентацией вектора поляризации под гуолом 45 к плоскости падения светового пучка на светоделительную пластину лазерной интерферометрии, Целью изобретения является снижение световых потерь. Для этого преобразуют линейньй поляризованный лазерный пучок в два пучка с взаимно перпендикулярными поляризациями и направля 1 от их соогветственно в измерительной и референтное плечи интерферометра, преобразуют линейную поляризацию пучков в круговую после этого с 1 сО л ь 3 о в а н и е м д и ф р а к ц :1 о: 1 и1 ф а 3 О в 0 и решетки и трех поляризационнь 1 х анализаторов, разделяют выходной пучок с помощью решетки на три пучка и в каждом из пучков выделяют поляризаторами излучение с определенной поляризацией. 1 ил,интерферометра. Делят световой пучок на две равные части и направляют их к уголковым призмам (отражателям) в опорном и измерительном плечах интерферометра. В одном из плеч интерферометра вносят замедление в Р или Я-компоненту (Р или 5-составляющие вектора поляризации, лежашие в плоскости падения и в перпендикулярной плоскости. соответственно) и преобразуют линейную поляризацию в круговую с помощью фазовой пластинки 1/8 (1, - длина волны излучения лазера), Приводят пучки с линейной и круговой поляризациями, отраженные от уголковых призм, одна из которых связана с объектом (в измерительном плече), к рекомбинации на светоделительном покрьтии пластины. Вносят в 5-компоненту поляризации пучка. отраженного со стороны подложки, задержку в полдлины волны, соответствующую фазовому сдвигу в 180" по отношению к(2) 40 45 50 проходящему пучку, путем специального выполнения слоев свтоделительного покрытия пластины, Из интерференционного поля в проходящем и отраженном свете с помощью светоделительных кубиков и поляроидов формируют три интерференционных сигнала ,г и з, имеющих одинаковые уровни переменной и постоянной составляющих; но разные относительные фазовые сдвиги 0 90 и 180:1=а + Ь +2 аЬ ви р (1)=а + Ь+2 аЬ 3 п(р+ 90) = =а +Ь +2 аЬ совуз = а + Ь + 2 а Ь (р+ 180) ==а + Ь - 2 аЬ эи р, (3) где а и Ь - амплитуды интерферирующих пучков, р = 2 л О/Я - разность фаз пучков, О - величина перемещения призмы в измерительном плече, Вычитая попарно сигналы ,2 и , исключают постоянную составляющую (а + Ь ) и формируют два переменных сигнала 4 = 1 - 2 и б = 2 - 3 в квадратуре, т.е, с взаимным фазовым сдвигом 90.4 = 4 аЬ зп (к/4) эи р - (л/4 (4)= 4 аЬ сов (л/4) сов р - (л/4 (5) Наличие сигналов в квадратуре обеспечивает реализацию двунаправленного (реверсивного) счета интерференционных полос, Исключение постоянной составляющей и установление нулевого уровня срабатывания счетчиков полос приводит к независимости показаний счетчиков от изменения амплитуды переменного сигнала, вызванных колебаниями интенсивности источника света,В другом известном способе поворачивают плоскости поляризации пучков, отраженных от уголковых призм в плечах интерферометра, на 90 и с помощью фазовых пластин преобразуют поляризацию одного из пучков из линейной в круговую или наоборот. В результате этого компенсируют разность коэффициентов отражения пропускания в двух взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации и устраняют дополнительные фазовые сдвиги и, следовательно, восстанавливают форму поляризации.В известном способе, который является развитием предыдущего, к интерференции приводятся два ортогонально поляризованных пучка, Разделяют ортогонально поляризованные пучки, выходящие из интерферометра, на две части. В разделенных частях с помощью фазовых пластин вносят фазовые сдвиги в измерительный и опорный пучки, что необходимо для создания интерференционных полей с требуемым фазовым сдвигом, Далее пучки разделяются 5 10 15 20 25 30 35 еще раз и затем составляющие опорного и измерительного пучков приводятся к интерференции с помощью поляризационных светоделителей - таких как кубики или пластины.Прототипом предлагаемого изобретения является способ, в котором к интерференции приводятся два световых пучка с противоположными круговыми поляризациями, Для этого в интерферометр направляют линейно поляризованное излучение лазера. Преобразуют линейные поляризации измерительного и опорного пучков в круговые с противоположными направлениями вращения вектора поляризации с помощью двух фазовых пластин А/8), установленных в обоих плечах интерферометра. После отражения от уголковых призм пучки с круговыми ортогональными поляри-. зациями совмещают на светоделительном покрытии кубика интерферометра, Из интерфере ционного поля формируют три последовательности интерференционных сигналов с относительным фазовым сдвигом 0, 90 и 180 с помощью светоделительных кубиков и поляроидов.Недостатком этого способа является наличие световых потерь, обусловленных преобразованием линейных поляризаций в круговые внутри интерферометра (в его плечах) и необходимостью введения двух фазовых пластин в плечи интерферометра и нескольких технологически сложных в изготовлении светоделительных кубиков с равными коэффициентами пропускания/ отражения, не зависящим от направления вектора поляризации.Цель изобретения - снижение световых потерь. Для этого в предлагаемом способе создания интерфенционных полей с фазовым сдвигом 0 - 180, заключающемся в преобразовании линейно поляризованного лазерного пучка в два пучка с взаимно перпендикулярными поляризациями и направлении их соответственно в измерительное и референтное плечи интерферометра, преобразовании линейной поляризации пучков в круговую и формировании интерференционных сигналов с относительным фазовым сдвигом 0, 90, 180, преобразование линейной поляризации в круговую осуществляют после совмещения пучков на выходе интерферометра, а для формирования интерференционных сигналов используют дифракционную фазовую решетку и три поляризационных анализатора, разделяют выходной пучок с помощью фазовой дифракционной решетки на три пучка, в каждом из пучков выделяют излучение с оп 17689575 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ределенной поляризацией с помощью поляризационных анализаторов.В предложенном способе получения интерференционных полей с требуемым фазовым сдвигом преобразование линейных поляризаций в круговые осуществляется вне интерферометра и с помощью одной фазовой пластинки вместо двух как в прототипе; при этом устраняется возможность появления нежелательных фазовых сдвигов внутри интерферометра и сопутствующих этому сдвигу световых потерь. Использование дифракционной решетки исключает необходимость применения технологически сложных в изготовлении светоделительных кубиков, увеличивающих габариты устройства и вносящих значительные световые потери. При необходимости с помощью дифракционной решетки можно разделить выходной пучок на любое число пучков (отличие от трех) и сформировать соответствующее число интерференционных сигналов с помощью поляризационных анализаторов,На чертеже представлена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.На схеме показаны 1 - источник линейно поляризованного излучения (лазер), 2 - фазовая полуволновая пластинка (А/2), используемая для поворота плоскости поляризации излучения лазера, 3 - поляризационный светоделительный кубик, 4,5 - уголковые отражатели, б - фазовая пластинка (А/4), 7 - фазовая дифракционная решетка, 8 - поляризационные анализаторы, 9 - фотоприемник.В интерферометр направляют линейно поляризованный лазерный пучок. Ориентируют вектор поляризации лазера 1 под углом в 45 к плоскости падения на светоделительную грань поляризационного кубика 3 путем поворота лазера вокруг своей оси или с помощью полуволновой пластины 2. Разделяют световой пучок с помощью кубика 3 на два пучка с взаимно перпендикулярными поляризациями и направляют в референтное и измерительное плечи интерферометра. Для исключения нежелательных фазовых задержек при отражении пучков от уголковых призм и сопутствующих этому световых потерь согласовывают ориентацию призм с направлением поляризации, а именно поворачивают призмы вокруг оптической оси так, чтобы плоскость, в которой лежат одно из ребер и оптическая ось, оказалас. параллельной направлению вектора поляризации пучка, После отражения от уголковых призм 4 и 5 световые пучки соединяют на светоделительном покрытии кубика. Затем преобразуют выходящие из интерферометра световые пучки с линейными взаимно перпендикулярными поляризациями в пучки с круговыми ортогональными поляризациями с помощью одной фазовой четвертьволновой пластинки б, оптические оси которой составляют угол 45 с направлениями векторов поляризации пучков, Далее совмещенные пучки разделяют на три равные по интенсивности части с помощью дифракционной решетки 7 и выделяют соответствующие интерференционные картины с тоебуемым фазовым сдвигом посредством поворота поляризационных анализаторов, Фазовый сдвиг равен удвоенному углу поворота анализатора в пределах от 0 до 90, Таким образом формируют три интерференционных сигналов 11,12,з с относительными фазовыми сдвигами 0,90 и 180. воспринимаемых фотоприемниками 9 и необходимых для осуществления реверсивного счета интерференционных полос в интерферометре, работающем на принципепостоянного тока" (см. формулы (1) - (5,Формула изобретения Способ создания интерференционных полей с фазовым сдвигом от 0 до 180, заключающийся в том, что преобразуют линейно поляризованный лазерный пучок в два пучка с взаимно перпендикулярными поляризациями и направляют их соответственно в измерительные и референтные плечи интерферента, преобразуют линейную поляризацию пучков в круговую и формируют интерферентные сигналы с относительными фазовыми сдвигом 0,90 и 180, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения световых потерь, преобразования линейной поляризации в круговую осуще:твляют после совмещения пучков на выходе интерферометра, а для формирования интерференционных сигналов используют дифференционную фазовую решетку и три поляризационных анализатора, разделяют выходной пучок с помощью фазовой дифракционной решетки на три пучка в каждом из пучков выделяют излучение с определенной поляризацией с помощью поляризационных анализаторов,,Милюкова Производстве й комбинат "Патент", г дате ород, ул.Гагарина. 101 аказ 3637 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5