Квазиоптический двухлучевой интерферометр латышева

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано для измерения амплитуд и фаз коэффициентов пропускания и отражения объектов. Цель изобретения - увеличение точности измерений и диапазона изменения измеряемых величин за счет устранения смещения оси пучков излучения при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра. Пучок излучения поступает на делитель 1 и разделяется на два плеча - измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а затем подается на отражатель 5, установленный с возможностью перемещения нормально к падающему на него пучку. Направленный ответвитель может быть выполнен в различных вариантах, например в виде полупрозрачного зеркала или одномерной проволочной сетки и поляроида, причем плоскость поляризации поляроида наклонена по отношению к соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный 90°. Отразившись от отражателя 5, излучение проходит через направленный ответеитель 6 и поступает на сумматор 3, где интерферирует с пучком, прошедшим через объект 7, и отражатель 2, установленные в измерительном плече. Разность хода пучков , вносимая объектом 7, компенсируется путем перемещения отражателя 5, Возможно также выполнение направленного ответвителя и отражателя в виде проволочной сетки и уголкового отражателя соответственно , установленных таким образом, что ребро отражателя лежит на оси пучка излучения , перпендикулярно ей и наклонено относительно плоскости, определяемой направлением сетки и осью пучка излучения . 2 з.п. ф-лы, 5 ил. 7 (Л С о W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4673516/28 (22) 04,04.89 (46) 29.02.92. Бюл. М 8 (71) Институт общей физики АН СССР (72) А.Б,Латышев (53) 535.715. 1(088.8) (56) Валитов Р.А., Макаренко Б.И. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах.М.: Радио и связь, 1984, с, 266, (54) КВАЗИОПТИЧЕСКИЙ ДВУХЛУЧЕВОЙ

ИНТЕРФЕРОМЕТР ЛАТЫШЕВА (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано для измерения амплитуд и фаз коэффициентов пропускания и отражения объектов. Цель изобретения — увеличение точности измерений и диапазона изменения измеряемых величин эа счет устранения смещения оси пучков излучения при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра. Пучок излучения поступает на делитель 1 и разделяется на два плеча — измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а

„„5U 1716314 А1 затем подается на отражатель 5, установленный с возможностью перемещения нормально к падающему на него пучку.

Направленный ответвитель может быть выполнен в различных вариантах, например в виде полупрозрачного зеркала или одномерной проволочной сетки и поляроида, причем плоскость поляризации поляроида наклонена по отношению к соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный

900. Отразившись от отражателя 5, излучение проходит через направленный ответвитель 6 и поступает на сумматор 3, где интерферирует с пучком, прошедшим через объект 7, и отражатель 2, установленные в измерительном плече. Разность хода пучков, вносимая объектом 7, компенсируется путем перемещения отражателя 5, Возможно также выполнение направленного ответвителя и отражателя в виде проволочной сетки и уголкового отражателя соответственно, установленных таким образом, что ребро отражателя лежит на оси пучка излучения, перпендикулярно ей и наклонено относительно плоскости, определяемой направлением сетки и осью пучка излучения. 2 з.п, ф-лы, 5 ил.

1716314

55

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано для измерения амплитуд и фаз коэффициентов пропускания и отражения объектов.

Цель изобретения — увеличение точности измерений и расширение диапазона изменения измеряемых величин за счет устранения смещения оси пучков излучения при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра.

На фиг. 1 изображена блок-схема квазиоптического двухлучевого интерферометра; на фиг. 2 — 4 — узел компенсатора интерферометра, примеры выполнения; на фиг. 5— схема трехплечевого двухлучевого интерферометра.

Квазиоптический двухлучевой интерферометр содержит делитель 1 пучка излучения, выполненный, например, в виде полупрозрачного зеркала, отражатель 2, установленный в измерительном плече, сумматор 3 пучков излучения, выполненный, например, аналогично делителю 1, узел 4 компенсатора, выполненный в виде отражателя 5, установленного с возможностью точного перемещения, и направленного ответвителя 6. Для измерения характеристик объекта 7 "на пропускание" его устанавливают в измерительной ветви между делителем 1 и отражателем 2.

В узле компенсатора направленный ответвитель может быть выполнен в виде проволочной сетки 8 и поляроида 9 (фиг. 3) или в виде плоской наклонной одномерной сетки 8, в данном случае используют уголковый отражатель 10 (фиг, 4).

Трехплечевой двухлучевой интерферометр (фиг. 5) содержит дополнительно второй делитель 11, второй сумматор 12, второй направленный ответвитель 13, неподвижное зеркало 14, второй отражатель

15, установленный с возможностью перемещения, и третий делитель 16 излучения, Квазиоптический двухлучевой интерферометр работает следующим образом, Пучок излучения поступает на делитель

1 и разделяется на два плеча — измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а затем подается на отражатель 5. Отразившись от него, излучение возвращается на ответвитель 6 и полностью или частично в зависимости от конструкции поступает на сумматор 3. В измерительном плече излучение, прошедшее сквозь объект 7, отражается отражателем 2 и также поступает на сумматор 3, гдв пучки интерферируют. Для изменения длины пути в опорном плече пе5

35 ремещают отражатель 5 вдоль оси падающего на него излучения, при этом смещения оси пучка на сумматоре 3 не происходит.

Измерение фазы коэффициента пропускания с помощью предлагаемого интерферометра осуществляется следующим образом, В пустом интерферометре (без объекта

7) перемещением отражателя 5 добиваются минимального сигнала на выходе интерферометра и фиксируют положение отражателя 5. Затем помещают измеряемый объект 7 внутрь интерферометра в измерительное плечо. а внесенную объектом разность хода компенсируют сдвигом отражателя 5, т,е. вновь настраиваются на минимум сигнала, а фазу вычисляют по разности зафиксированных положений отражателя 5, соответствующих минимуму сигнала на выходе интерферометра с объектом 7 и без него.

В примере выполнения узла компенсатора интерферометра, показанном на фиг.

2, направленный ответвитель 6 представляет собой полупрозрачное зеркало (фиг. 2) или светоделительный кубик. Этот узел работает следующим образом.

Излучение из опорного плеча падает (сверху) на полупрозрачное зеркало, Частично оно проходит сквозь зеркало (вниз) и частично поглощается в нем, причем эти компоненты далее в работе интерферометра не участвуют. Остальное излучение отражается от полупрозрачного зеркала (влево) и, отразившись от отражателя 5, возвращается на полупрозрачное зеркало, Здесь оно вновь частично отражается от зеркала (вверх), частично поглощается в нем, а другая его часть проходит через полупрозрачное зеркало в сторону сумматора 3 излучения.

В примере выполнения узла компенсатора интерферометра, показанном на фиг. 3 (на фиг. 1 обведен штриховой линией), направленный ответвитель приспособлен для работы в. миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах и выполнен на поляризационных принципах, На фиг. 3 представлены направленный ответвитель 6, отражатель 5 и часть опорного плеча интерферометра.

Направленный ответвитель 6 состоит иэ одномерной сетки 8 (проволоки металлические) и поляроида 9 (например, аналогичного сетке 8). Относительная ориентация проволок сетки 8 и поляроида 9 показана на фиг. 3, угол между ними может составлять, например, 45 . Этот узел работает следующим образом.

Излучение из плеча интерферометра (сверху) падает на проволочную сетку 8 и отражается от нее в сторону отражателя 5

1716314

20 (влево). По пути оно поляризуется, проходя сквозь поляроид 9 (отраженная им часть излучения в работе не участвует), и, отразившись от отражателя 5, вторично проходит (вправо) сквозь поляроид 9 (теперь уже без отражения), Далее излучение попадает на сетку 8 и часть его бесполезно отражается в сторону делителя 1 (фиг, 1), но зато другая его часть, наличие которой обусловлено поляроидом 9, проходит сквозь сетку 8 и уходит (вправо) из ответвителя в сторону сумматора 3 (фиг. 1).

Интерферометр (фиг. 1) с направленным ответвителем по фиг. 3 может превосходить такой же интерферометр с ответвителем, соответствующим фиг. 2, по коэффициенту передачи излучения со входа на выход по опорному плечу. B первом случае он может достигать 1/4 (по мощности), а во втором — не превосходит 1/16

На фиг. 4 представлен еще один пример выполнения узла компенсатора интерферометра (фиг. 1) с направленным ответвителем (на фиг. 1 обведен штриховой линией), ориентированный на использование в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне, На фиг. 4 изображены часть опорного плеча интерферометра, направленный ответвитель, выполненный в виде плоской наклонной одномерной проволочной сетки 8, а отражатель 10 в данном случае уголковый. Линия пересечения плоскостей уголкового отражателя 10 перпендикулярна плоскости чертежа и лежит на оптической оси излучения. Проволоки сетки наклонены к плоскости чертежа, например, на 45 . Этот узел (фиг. 4) работает следующим образом.

Излучение опорного плеча со стороны делителя 1 (фиг. 1) поступает на ответвитель

6 (сверху). Здесь оно практически полностью проходит сквозь ответвитель 6 (если правильно выбрана поляризация излучения в опорном плече) и попадает на уголковый отражатель 10. Отразившись от отражателя

10, излучение приобретает поляризацию, ортогональную первоначальной, и, вновь, попав на ответвитель 6 (снизу вверх), практически полностью отражается им в сторону сумматора 3 (вправо). Этот вариант интерферометра по фиг. 1 может обладать еще большим коэффициентом передачи излучения с входа на выход по опорному плечу s сравнении с обоими предыдущими вариантами. В данном случае этот коэффициент может приближаться к единице. Перемещение уголкового отражателя 10 на любые расстояния не приводит к смещению оптической оси пучка излучения в опорном плече.

Квазиоптический двухлучевой интерферометр, показанный на фиг. 5, отличается от интерферометра, показанного на фиг, 1, наличием не двух, а трех плеч и не одного, а двух выходных трактов, Такой интерферометр может быть использован для реализации некоторых "параллельных" способов измерения фазы. Этот интерферометр (фиг. 5) работает следующим образом.

Излучение из входного тракта поступает в выходные тракты тремя путями. Часть излучения проходит сквозь делители 11 и 1 в измерительное плечо, а затем попадает на делитель 16. Здесь оно расщепляется на два пучка, первый из которых поступает на сумматор 3, а затем подается в первый выходной тракт, а второй через сумматор 12 — во второй выходной тракт. Вторая часть излучения из входного тракта проходит сквозь делитель 11 и, отразившись от делителя 1, поступает по опорному плечу в направленный ответвитель 6, на подвижный отражатель 5, вновь в направленный ответвитель 6, на сумматор 3 и далее в выходной первый тракт, где интерферирует с частью излучения из измерительного плеча, Третья часть излучения из входного тракта отражается делителем 11 и по третьему плечу попадает последовательно в направленный ответвитель 13, на подвижный отражатель 15, вновь в направленный ответвитель 13, на неподвижное зеркало 14, на второй сумматор 12, где суммируется с частью излучения из измерительного плеча, и далее поступает в выходной тракт. Из фиг. 5 видно, что перемещение любого из подвижных отражателей 5 или 15 не смещает ни одной из оптических осей интерферометра, что повышает точность измерений и диапазон изменения измеряемых величин.

Формула изобретения

1. Квазиоптический двухлучевой интерферометр, содержащий делитель пучка излучения, формирующий по меньшей мере два плеча, отражатель, установленный по меньшей мере в одном из плеч с возможностью точного перемещения, и сумматор пучков излучения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и расширения диапазона изменения измеряемых величин, он снабжен направленным ответвителем, расположенным между делителем пучка излучения и отражателем, второй отражатель установлен так, чтобы отраженное им излучение распространялось навстречу падающему, а вход сумматора, соответствующий плечу, в котором установлен отражатель, оптически связан с

1716314 выходом направленного ответвителя, соответствующим излучению, отраженному отражателем.

2. Интерферометр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что направленный ответвитель выполнен в виде последовательно установленных по ходу пучка излучения плоской одномерной проволочной сетки, плоскость которой наклонена относительно оси плеча, и поляроида, плоскость поляризации которого наклонена по отношению к соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный 90О.

3. Интерферометр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что направленный ответвитель

5 выполнен в виде плоской одномерной проволочной сетки, установленной наклонно к оси пучка излучения, отражатель выполнен в виде двугранного уголка, установленного так, что его ребро наклонено относительно

10 плоскости, определяемой направлением сетки и осью пучка, на угол, не кратный 90О.

1716314 тракт кт

Фиг.5

Составитель М.Минин

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор А,Лежнина

Заказ 603 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101