Интерферометр типа майкельсона для измерения перемещений

 

И:эобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений. Целью изобретения является повьшение надежнбсти измерений и достигается путем получения обеих интерференционных картин равной интенсивности и повышения контрастности интерференционньк полос. Интерферометр снабжен отражателем 3 опорного плеча, выполненным в виде прямоугольной призмы с показателем преломления и на длшсе волны лазера, ослабителем 5 луча, при этом показатель преломления и пропускания Т ослабителя 5 и ориентация поляризующего элемента 1 зависят от показателей отражения Rj и RpCBe- тоделителя 2 для луча с плоскостью § поляризации, перпендикулярной и параллельной плоскости падения луча на светоделитель соответственно. I ил. (Л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 G 0! В 9 02. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4249559/24-28 (22) 10.04.87 (46) 23.11.88. Бюл, Р 43 (71) Институт физики АН ЛитССР, Институт общей физики АН СССР и Наманганский государственный педагогический институт им. Хамзы (72) А. А. Жиленис, С. В. Сакалаускас, Ф. В. Бункин, Э. К. Малдутис, А. С. Магаршак, И, А. Гульбинас и С. К. Балицкас (53) 535.854(088.8) (56) Применение лазеров. /Под ред.

В. П. Тычинского M.: Мир, 1974. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ТИПА МАЙКЕЛЪСОНА

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57.) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь„„ЯЦ„„1439389 А 1 зовано для измерения перемещений, Целью изобретения является повышение надежндсти измерений и достигается путем получения обеих интерференционных картин равной интенсивности и повышения контрастности интерференционных полос. Интерферометр снабжен отражателем 3 опорного плеча, выполненным в виде прямоугольной призмы с показателем преломления и на длине волны лазера, ослабителем 5 луча, при этом показатель преломления и пропускания Т ослабителя 5 и ориентация поляриэующего элемента зависят от показателей отражения R u R Р све- тоделителя 2 для луча с плоскостью ф поляризации, перпендикулярной и параллельной плоскости падения луча на светоделитель соответственно. 1 ил. (1439389 (3) 15 где 8 — угол падения луча на отражающие поверхности прямоугольи ной призмы и равен

It и „ctg 7; по длине волны лазера, уголковый отражатель 4, установленный в измерительном плече и ориентированный таким образом, чтобы поляризация луча после отражения была линейной, ослабитель 5 луча, установленный между светоделителем и уголковым отражате30 лем, поляризованный расщепитель 6, установленный на выходе интерферометра, и фотоэлектрическую систему 7 регистрации.

Интерферометр работает следующим образом.

Ввводят координатную систему, связанную с плоскостью падения луча лазера 1 на светоделитель 2. Пусть

S " ось,.перпендикулярная, а Р— ось, параллельная плоскости падения луча.

Светоделитель 2 имеет показатели отражения R u R для лучей с плоско-. стью поляризации вдоль осей S u P соответственно.

45 и и

2 (4) on on

I (5) После подстановки (4) в (3) и (1), (2) в (5) получают условия для показателя преломления и материала пря35 моугольной призмы

ctg—

4 (6) a = arctg (7) 2 RgR p (1-В. ) (1 Rp) (2) 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано. для измерения перемещений, Цель изобретения - повьппение надежности измерения путем получения обеих интерференционных картин равной интенсивности и повьппения контрастности интерференционных полос.

На чертеже дана принципиальная схема интерферометра.

Интерферометр содержит лазер 1, снабженный поляризующим элементом (не обозначен), светоделитель 2, образующий опорное и измерительное плечо, отражатель 3 опорного плеча, выполненный в виде прямоугольной призмы с показателем преломления

Ход луча в опорном плече интерферометра следующий. Луч лазера 1 падает на светоделитель 2, отразившись от которого проходит прямоугольную призму 3 и светоделительную,пластину 2.

Интенсивность компонент луча с поляризациеи вдоль В- и P-осей после прохождения опорного плеча равны т — т К (1 К ) s n

= I R (1 — R ) cos Ы

sn 2 р о р Р

) где I — интенсивность луча лазера на входе интерферометра; — yrол между плоскостью поляризации луча лазера 1 и осью P..

После прохождения прямоугольной призмы 3 между компонентами луча с поляризацией вдоль S- u P-осей появляется разность фаз

cos 8

Р = arctg

sin В

n — - показатель преломления мате- риала прямоугольной призмы.

На выходе интерферометра, после прохождения опорного плеча, получают циркулярно поляризованный луч, если удовлетворяются условия и угла с между оптической осью поляризующего элемента лазера и плоскостью падения луча на светоделитель

Интенсивность циркулярно поляризованного луча из (1), (2), (7) равна

Ход лучей в измерительном плече интерферометра следующий.

1439389 где y — угол поворота плоскости поляризации после отражения от уголкового отражателя.

Далее, пройдя ослабнтель 5, интен,сивности компонент луча равны ()6) 10

Iî (1 (9) Компоненты интенсивности луча, отразившегося от ветоделителя 2, т.е ° прошедшие все измерительное плечо интерферометра равны

If, =I (1 — R) cos

Плоскость поляризации луча теперь составляет угол т с осью Р, т.е. (Is

tg y

Т, (17) {1О) 20

I™=I R р P P

Подставляя значения (7) и (9) в выражение (10), получают

Интенсивность луча после прохождения всего измерительного плеча равна у,= arctg ) RÄ

Iì3 = I (э У (3("((18)

S Р

Интенсивность луча после прохожде- После подстановки (14) — (17) в ния светоделителя 2 равна 30 (18) получают

I T )R sin (g+ (e ) e

+ RP cos (yey)), I =I +I

5 (12) (19) После подстановки (9) в (12) получают .ЗБ П оскость поляризации Т ™ составляет угол ц> с осью P ( о (13) ц = arctg (20)

Пройдя ослабитель 5, интенсивность или после подстановки (17) {16) (15) в (20) получают

I = I" Т ( (14) R5

1 + — tg 4I

МКр

45 где Т вЂ” пропуска.ние ослабителя.

Далее луч падает на уголковый отражатель 4. Уголковый отражатель 4 ориентируют так, чтобы поляризация излучения после отражения была линей- о0 ной. (21) LP = arctg

После отражения от уголкового отражателя 4 интенсивности компонент луча равны

lI (( — sin (+ y)(15)

Т = I" cos (у+q), Луч лазера 1, прошедший светоделгтель 2 и ослабитель 5, попадает на .уголковьй отражатель 4, отразившись от которого проходит ослабитель 5 и отражается от светоделительной пластины 2.

После прохождения светоделителя 2 интенсивность компонент луча равны

Таким образом, на выходе ннтерферометра интерферирует циркулярно.поляризованный пучок от опорного плеча с линейно поляризованным пучком от измерительного плеча. После прохождения поляризационного расщепителя 6 получают две интерференционные картиИ . ны, сдвинутые по фазе на—

5 1439389

Максимальная контрастность интер" ференционных картин близка единице и равенство их интенсивностей достигается при выполнении условий

P — + Q

lf

4 (23) 5 Отсюда при подстановке (8), (19), (11), (13) в (22) получают условие (22) для пропускания Т ослабителя 5

ЙЪ ол

)

Т =

R5Rp (Q+R ) Ь + +(К,-R ) cos 2 (агс

d:= amctg

1+ — tgy

1Rp

Ц

P = — + arctg

4 (25) 2О

)!

n= ctg — /

4 RsRp (Rs+Rp)(Rs+Rр+(р-Rs)соз 2 (аг тель составляет угол мый иэ условия

8 определяе%

1+ — tgu Rp

p=—

+ arctg

8НИИПИ Заказ 6065/38 Тираж 680 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Условие для ориентаций оптической 15 оси поляризационного расщепителя рав" но

Формула изобретения

Ынтерферометр типа Майкельсона для

25 измерения перемещений, содержащий лазер с поляризующим элементом на выходе, элемент для сдвига фаз, расположенный в опорном плече интерферометра, отражатель измерительного плеча выполнен в виде уголкового отЭО ражателя, поляризационный расщепитель, установленный на выходе интерферометра, и фотоэлектрическую систему ре,гистрации интерферограмм, о т л и— .ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, поляризующий элемент в лазере установлен так, что его оптическая ось составляет с плоскостью падения луча на светоделитель угол Ы, определяемый 4О из выражения где - угол поворота плоскости поляризации луча при отражении от уголкового отражателя, а поляризованный расщепитель установлен так, что его оптическая ось с плоскостью падения луча на светоделигде R u R - соответственно показа5 Р тели отражения светоделителя для луча с плоскостью поляризации, перпендикулярной и параллельной плоскости падения луча на светоделитель, элемент для сдвига фазы совмещен с

Р отражателем опорного плеча, выполненным в виде прямоугольной призмы из о материала с показателем преломления и равным на рабочей длине волны лазера, и ориентирован так, что поляризация луча после отражения от него линейна, а интерферометр снабжен установленным между светоделителем и уголковым отражателем ослабителем луча с пропусканием Т, определяемым из выражения