Способ создания интерференционных полей с фазовым сдвигом от 0 до 180 @

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в лазерной интерферометрии. Целью изобретения является снижение световых потерь. Для этого преобразуют линейный поляризованный лазерный пучок в два пучка с взаимно перпендикулярными поляризациями и направляют -их соответственно в измерительной и референтное плзчи интерферометра , преобразуют линейную поляризацию пучков в круговую после этого с использованием дифракиионксй фазовой решетки и трех поляризационных анализаторов , разделяют выходной пучок с помощью решетки на три пучка и в каждом из пучков выделяют поляризаторами излучение с определенной поляризацией. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (l l) (sl)s G 01 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826689/28 (22) 06,04.90 (46) 15.10.92. Бюл. (ь 38 (71) Инсти гут автоматики и электроники СО

АН СССР (72) В,П.Кирьянов, B.Ë,Êopoíêåâè÷, Г,А.Ленкова, А.И.Лохматов и Г.Г,Тарасов (56) Патент Ф ранции К" 2375577.

С 01 В 9/02, 1987. (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОН11ЫХ ПОЛЕ(C ГЛАЗОВЫМ СДВИГО1у1 ОТ 0 ПО 180 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано В

Изобретение относится к измерительной технике и может поименяться в лазерной интерферометрии для высокоточных измерений линейных и угловых перемещений.

Известен 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 измерительного 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 гуо лом 45 к плоскости падения светового пуч1:<а на GB(. Tîäeëèòeльную пластину лазерной интерферометрии. Целью изобретения являегся снижение световых потерь.

Для этого преобразуют линейный поляризованный лазерный пучок в два пучка с взаимно перпендикулярными поляризациями и направля1от их соогветственно в измерительной и референтное плечи интерферометра, преобразуют линейную поляризацию пучков в круговую после этого с

:1с и:.)(l ñçÎ Á:.=: H èÿè диф ра кц :1 0н нс 1 ф азово и решетки и трех поляризацион;-":>; анализаторов, разделяют выходной пучок с помощью решетки на три пучка и в ка) <дом 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 P или S-компоненту (Р или S-ссставляющие вектора поляризации, лежашие в плоскости падения и в перпендикулярной плоскости. соответственно) и преобразуют линейную поляризацию в круговую с помощью фазовой пластинки

)/8 (1. — длина волны излучения .,азера).

Приводят пучки с линейной и круговой поляризациями, Отраженные от уголковых призм, одна из которых связана с объектом (B лзмерительном плече), к рекомбинации на светоделительном покрытии пластины.

Вносят в 5-компоненту поляризации пучка. отраженного со стороны подложки, задержку в полдлины волнь, соответствующую фазовому сдвигу в 180" по отношению к

1768957 (2) 40

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 l>,lz и !з, имеющих одинаковые уровни переменной и постоянной составляющих; но разные относительные фазовые сдвиги 0О 90О и 180O: !

1 = а + Ь + 2аЬ sin р (1)

Is=a +Ь +2absin(p+ 90)=

=а +Ь +2аЬ сову ! з = а + b + 2аЬ (p+ 180 ) =

=а + Ь вЂ” 2 аЬ э!и р, (3) где а и b — амплитуды интерферирующих пучков, p= 2 л Э/il.— разность фаз пучков, D — величина перемещения призмы в измерительном плече, Вычитая попарно сигналы

l),!2 и l, исключают постоянную составляющую (а + Ь ) и формируют два переменных сигнала !4 = I1 — !г и !ь = !2 — !з в квадратуре, т.е, с взаимным фазовым сдвигом 90О. !

4 = 4аЬ sin (к/4) sin (rp — (л/4)) (4) з = 4 аЬ cos (л/4) cos (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

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

noKpbITHN кубика интерферометра. Из интерфере ционного поля формируют три последовательности интерференционных сигналов с относительным фазовым сдвигом Оо, 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, 180О, 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 оп1768957

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, 6 — 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 6, 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 90О.

Таким образом формируют три интерференционных сигналов 1,12,1з с относительными фазовыми сдвигами 0,90 и 180 . воспринимаемых фотоприемниками 9 и необходимых для осуществления реверсивного счета интерференционных полос в интерферометре, работающем на принципе постоянного 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 шийся 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.

1768957

50

Составитель Г,Ленкова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор H.Ìèë кокова

Редактор В.Фельдман

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

Заказ 3637 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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