Сканирующий интерферометр (его варианты)

 

1. Сканирующий интерферометр, содержащий светоделитель и два плоских зеркала, отличающий-сс я тем, что, с целью повьшения производительности измерений с помощью интерферометра, он снабжен вторым светоделителем и оптическим элементом , установленным между светоделителями , выполненными каждый в виде свегоделительной пластины и размещенными последовательно один за другим, зеркала расположены параллельно одно относительно другого, отражанидими поверхностями одна навстречу другой, а оптический элемент вьтолнен в ВКЩЁ призмы с основанием в форме ромба с двумя отражающими и двумя пропускающими излучеS ние гранями, оптически связан со светоделителями через зеркала и установлен с возможностью вращения относительно осиг симметрии призгфь Фиг /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Фьы G 01 В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2732746/18-28 (22) 13. 02. 79 (31) P-204?29; P-209745 (32) 17. 02. 78; 21. 09. 78 (33) ПНР (46) 23.04.85. Бюл. Р 15 (?2) Ян Ясны (ПНР) (71) Польска Акадэмия Наук Институт

Хэмии Физычнэй (ПНР) (53) 531. 715. 1 (088. 8) (56) 1. "Spectrometric techaigues"

Academic Press New York, San

Francisco. London, 1977, v. 1, р. 89. (54) СКАНИРУЮЩИЙ ИНТЕРФЕРОИЕТР (ЕГО

ВАРИАНТЫ) (57) 1. Сканирующий интерферометр, содержащий светоделитель и два плоских зеркала, о т л и ч а ю щ и й- iÄÄSUÄÄ11 2 А с я тем, что, с целью повьаиения производительности измерений с помощью интерферометра, он снабжен вторым светоделителем и оптическим элементом, установленным между светоделителями, выполненными каждый в виде светоделительной пластины и размещенными последовательно один за другим, зеркала расположены параллельно одно относительно другого, отражающими поверхностями одна навстречу другой, а оптический элемент выполнен в виде призмы с основанием в фюрме ромба с двумя отражающими и двумя пропускающими излуче- Е

Ф ние гранями, оптически связан со светоделителями через зеркала и установлен с возможностью вращения относительно оси симметрии призмы.

1152533

2. Интерферометр, содержащий светоделитель и два плоских зеркала, отличающийся тем, что, с целью повьппения производительности измерений с помощью интерферометра, он снабжен оптическим элементом и вторым светодеяителем, оба светоделителя выполнены в виде призмы с основанием в форме прямоугольника

Ф и общим светоделительным слоем, зеркала расположены под углом одно относительно другого, оптический элемент выполнен в виде призмы, Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения абсолютной длины волны, спектров Фурье. получения пикосекундных световых импульсов, а также для исследования материи.

Наиболее близким ло технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является сканирующий интерферометр, содержащий светоделитель и два плоских зеркала (1 ).

Недостатком известного интерферометра является невысокая производительность измерений из-за небольшой 15 скорости -приращения разности хода длин оптических путей, что не позволяет использовать его для высокоскоростных измерений.

Целью изобретения является повыше- 20 ние производительности измерений с помощью интерферометра.

Для достижения цели изобретения по первому варианту сканирующий.интерферометр, содержащий светоделитель 25 и два плоских зеркала, снабжен вторым светоделителем и оптическим элементом, установленным между светоделителями, выполненными каждый в виде светдделительной пластины и размещенными 30 последовательно один за другим, зеркала расположены параллельно одно относительно другого, отражающими поверхностями одна навстречу другой, а оптический элемент выполнен в виде призмы с основанием в форме ромба, с двумя отражающими и двумя пропусидентичной светоделительньм и. установленной между светоделителями и зеркалами с возможностью вращения относительно осн призмы, перпендикулярной к ее основанию и проходящей через ее середину, а светоделители и зеркала соответственно оптически связаны между собой через оптический элемент.

Приоритетпо пунктам:

17.02.78 по п.1, 21.09.?8 по п.2. кающими излучение гранями оптически связан со светоделителями через зеркала и установлен с возможностью вращения относительно оси симметрии призмы.

Цель изобретения по второму варианту достигается тем, что сканирующий интерферометр, содержащий светоделитель и два плоских зеркала, снабжен оптическим элементом и вторым светоделителем, оба светоделителя выполнены в виде призмы с основанием в форме прямоугольника и общим светоделительньик слоем, зеркала расположены пад углам одно относительно другого, оптический элемент выполнен в виде призмы, идентичной светоделнтельньм и установленной между светоделителями и зеркалами с возможностью вращения относительно оси призмы, перпендикулярной к ее основанию и проходящей через ее середину, а светоделители и зеркала соответственно оптически связаны между собой через оптический элемент.

На фиг. 1 изображен сканирующий интерферометр но первому варианту; на фиг. 2 — то же, по второму варианту.

Сканирующий интерферометр по обоим вариантам содержит два светоделителя 1 и 2, два плоских зеркала 3 и 4 и оптический элемент 5.

В сканирующем интерферометре по первому варианту светоделители

1 и 2 выполнены каждый в виде свето1152533 4

55 делительной пластины и размещены последовательно один за другим, зеркала 3 и 4 расположены параллельно одно относительно другого, отражающими поверхностями навстречу одно другому, оптический элемент 5 установлен между светоделителями

1 и 2 и выполнен в виде призмы с основанием в форме ромба, с двумя отражающими и двумя пропускающими излучение гранями, элемент 5 оптически связан со светоделителями и 2 через зеркала 3 и 4 и установлен с возможностью вращения относительно оси симметрии призмы.

По второму варианту оба светоделителя 1 и 2 выполнены в виде призмы с основанием в форме прямоугольника и общим светоделительным слоем 6, зеркала 3 и 4 расположены под углом одно относительно другого, а оптический элемент 5 выполнен в виде призмы, идентичной светоделительным и установленной между светоделителями 1 и 2 и зеркалами 3 и 4 с возможностью вращения относительно оси призмы, перпендикулярной к ее основанию и проходящей через ее середину, а светоделители 1 и 2 и зеркала 3 и 4 соответственно оптически .связаны между собой через оптический элемент 5.

Интерферометр по первому вариан— ту работает следующим образом.

Входящий в интерферометр пучок падает на светоделитель 1 и разделяется на два когерентных пучка, один из которых отражается от зеркала

3, входит в оптический элемент через грань, дважды отражается внутри элемента 5 от противоположных граней а и Ь,выходит из элемента 5 через грань с, отражается от зеркала 4 и падает на светоделитель 2, второй пучок сначала отражается от зеркала 4, через грань d входит в элемент 5, отражается от граней а и с, через грань ь выходит из элемента 5, отражается от зеркала 3 и падает на светоделитель 2, где встречается с первым пучком. Когерентные пучки интерферируют один с другим и выходят из интерферометра. Энергия пучков зависит от разности длин оптических путей когерентных пучков, причем длина оптического пути каждого из когерентных пучков измеряется вдоль всего пути между двумя светоразделяющими слоями светоделителей 1. Если элемент 5 вращается относительно оси О, то оптический путь одного из когерентных пучков сокращается, а второго — удлиняется. Вокруг положения, в кс тором на фиг. 1 показан элемент 5, существует небольшая эона углов поворота элемента 5, внутри которой равномерное вращение оптического элемента

5 вызывает равномерное приращение разности длин оптических путей двух когерентных пучков. Тогда энергия пучков модулируется по синусоидальному закону, причем период модуляции зависит от скорости вращения элемента 5 и длины волны света. Перед измерением модулированной энергии можно разогнать элемент 5 до большой скорости вращения, а измерение произвести в таком диапазоне углов поворота, в котором приращение длины оптического пути является равномернымэ

В оптическом элементе 5, в котором противолежащие грани параллельны одна другой из шести возможных степеней свободны элемента только одна, а именно вращение относительно оси, перпендикулярной к основанию вызывает изменение разноети длин оптических путей когерентных пучков. Любые поступательные или вращательные движения элемента 5 не нарушают юстировки интерферометра. Такие свойства интерферометра сохраняются тогда, когда каждый из когерентных пучков входит в оптический элемент 5 и выходит из него через. две противолежащие грани, а также внутри отражается от двух таких же граней. Чтобы нри определенном направлении вращения элемента 5 оптический путь одного из когерентных пучков сокращался, а второго удлинялся, необходимо эти пучки внутри элемента 5 вести таким образом, чтобы путь одного пучка был зеркальным отражением пути второго пучка относительно одной и9 плоскостей симметрии оптического элемента

5,перпендикулярной к основанию призмы,в виде которой выполнен элемент 5.

По второму варианту интерферометр работает следующим образом.

Оптический элемент 5 вращается относительно оси, перпендикулярной к ее основанию и проходящей через середину основания О. Между свето1152533

ВНИИПИ Заказ 2357/46 Тираж 651 Подписное

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 делителями 1 и 2 находится светоразделяющий слой 6, например, тонкий слой воздуха толщиной меньше длины волны света. B этом интерфербметре каждый из когерентных пуч- 5 ков света дважды проходит через вращающуюся призму, в виде которой выполнен оптический элемент 5, блaroдаря чему при данной скорости вращения призмы приращение разности длин оптических пучков вдвое больше, чем в случае однократного перехода. пучков. Углы 2 падения пучка на поверхности преломления призм светоделителей 1 и 2, выполненных в виде призм и элемента 5,приблизительно равны один другому и могут быть равны углу Брюстера. Тогда соответствующим образом поляризованный свет не отражается от поверхностей 2О преломления, а интерферометр работает без световых потерь и без оптического шума. Пучок, входящий в призму, падает на светоразделяющий слой б и разделяется на два когерентных пучка. Эти пучки после многократного преломления падают соответственно на зеркала 3 и 4, от которых отражаются и по прежнему пути возвращаются к слою 6, где 30 происходит интерференция пучков.

Из интерферометра выходит два модулированных пучка света, причем один из них выходит в направлении входящего пучка, но с противополож — g5 ным знаком, а второй совпадает с направлением, симметричным первом о носительно слоя 6.

Предлагаемое выполнение. сканирующего интерферометра позволяет достичь высокой производительности, производимых с его помощью измерений, поскольку угловая скорость вращения оптического элемента в интерферометре может достигать большой величины, благодаря возможности достаточно длительного разгона оптического элемента до начала измерений. Кроме того, вращающаяся приз— ма в виде которой выполнен элемент, вызывает одновременное увеличение одной и уменьшение второй из длин оптических путей когерентных пучков. Благодаря этому достигнута большая скорость изменения разности длин оптических путей двух когерентных пучков, что, в частности, в случае применения в спектрометпе

Фурье позволяет измерять спектры

Фурье в отрезках времени порядка нескольких микросекунд.

Благодаря возможности получения большой скорости изменения разности длин оптических путей двух когерентных пучков, период модуляции интерферометра можно согласовать с периодом модуляции резонатора лазера.

Это позволяет создать лазерное пульсирующее излучение с длительностью импульсов порядка пикосекунд.