Многолучевой интерферометр для спектральных и поляризационных измерений
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
t :Ж 1 (72) Автор изобретения М. И. Захаров е .уа Новосибирский институт инженеров геодезии, аэр ки и картографии (7!) Заявитель (54) МНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Изобретение относится к контрольн измерительной технике и может быть использовано, в частности, для спектральных измерений в интерферометрии высокого разрешения и для управления частотой 5 излучения (для частотной селекции) в перестрвиваемых лазерах, а также для вьтсокоточных поляризационных измерений при исследовании внтизотропных оптических материалов и для управления поляри- „ зацией в модуляторах оптического излучения и других системах. Известен миоголучевой интерферометр, используемый в качестве селективного отражателя и содержаший два зерквлвчастйчно прозрачное переднее и высокоот ражвющее (глухое) заднее, установленные последовательно на пути световых очей. Специальная конструкция переднего эер 20 кала интерферометра позволяет трансформировать амплитуду и фазу отраженного луча нулевого порядка и получать интерференцисяную картину с требуемымйxaрактеристиками: peBKoclMo, контрастам и асимметрией полос j1). Однако ункциональные возможности интерферометра ограничены, поскольку в нем невозможна управление поляризацией света, а управление характеристиками интерференционной картины недостаточно эффективно и не оперативно. Кроме того, интерферометр сложен в изготовлении е Наиболее близким к изобретению по техническсьй сушности является многолучевой ннтерферометр для спектральных и поляризационных измерений, содержвший по- . следовательно расположенные на одной оптической оси поляризатор, первое зеркало, внизотропную пластину и второе зеркало. Интерферометр содержит также второй поляризатор f23 Недостатком интерферометра является то, что он не мажет использоваться по назначению в тех случаях, когда вторым зеркалом нвляется непрозрачный (или доступный толька с одной стороны) обьект, 3 9456 так как интерферометр предназначен для измерений только в проходящем свете. В частности, интерферометр может быть использован при разработке спектральных приборов высокого разрешения, однако с его помощью, например, трудно обнаружить слабую спектральную линию на фоне интенсивноф соседней линии из-за низкого контраста получаемой в проходящем свете интерференционной картины. При этом свето-to ,сила интерферометра мала из-за потерь, вносимых вторым поляризатором, что также ограничивает применение этого интерферометра, особенно для управления частотой в перестраиваемых лазерах. !5 Кроме того, в интерферометре невозможна плавная регулировка контраста, асимметрии и ширины интерференционных полос, которая бы давала воэможность использовать один и тот же интерферометр, в зависимости от характера получаемой интерференционной картины (аппаратной функции) и для спектральных измерений, и для измерения величины анизотропии исследуемых материалов, и в качестве час- 5 тотного дискриминатора и т.д. Бель изобретения - обеспечение воэ- „ можнссти спектральных и поляризационных измерений в отраженном свете, а также обеспечение плавной регулировки контрас- 0 та, асимметрии и ширины интерференционньх полос. Поставленная. цель достигается тем, . что многолучевой интерферометр снабжен дополнительной анизотропной пластиной, установленной между поляризатором и первым зеркалом. Кроме того, обе анизотропные пластины выполнены в виде фазовых пластин, вносящих между собственными поляризациями фаэовые сдьиги 3 4 и, удовлетворяющие соотношениям: 40 — 61п Ф„ t 3 и „, д J Ми 9g ) Ы, 45 где 9 - фазовый сдвиг дополнительной фазовой пластины; - фазовый сдвиг основной фазоЯ ", вой пласmsbg — коэффициент отражения первого so зеркала, оптические оси фазовЬж пластин ориенти рованы перпендикулярно оптической оси инте рфер ометр а. Причем фазоьые пластины выполнены с воэможностью поворота относительно оптической оси интерферометра 41 4 На фиг. 1 и 2 изображены варианты предлагаемого устройства; на фиг. 3схема, поясняющая работу устройства. Интерферометр содержит последователь но расположенные поляризатор 1, дополнительную анизотропную пластину 2, первое зеркало 3, основную анизотропную пластину 4, второе зеркало 5. С целью уменьшения количества дата« лей зеркало 5 нанесено на аниэотропную пластину 4 (фиг. 1 и 2), а зеркало 3 нанесено на анизотропную пластину 2 (фиг. 1) или анизотропную пластину 4 (фиг. 2). В качестве анизотропных пластин 2 и 4 служат фазоьые пластины, т.е. оптические элементы, анизотропно влияющие на фазу световой волны, aименно: :вносящие известную разность фаэ между собственными поляризаторами, которые являются ортогональными (жтнейными или круговыми) компонентами поляризации световой волны. Анизотропные пластины 2 и 4 выполнены в виде линейных фазовых пластин, например, из одноосного кристалла или типа ромба Френеля, в которых свет, поляризованный линейно и в взаимна перпендикулярных выделенных направлениях, распространяется .с различной скоростью, в результате чего между собственными поляризациями hoaHHKaer сдвиг по фазе. Аниэотроцные пластины 2 и 4 могут быть выполнены также в виде циркуляционных неьзаимных элементов типа фарадеевского ьрашателя плоскости поляризации (ячейки Фарадея), в которых распространяется с различной скоростью свет, поляризованный по правому и левому кругу, в результате чего между ортогональными круговыми поляризаторами возникает сдьиг по фазе. Пластины 2 и 4 закреплены в оправах. 6 и 7, обеспечивающих вращение пластин . вокруг оптической оси 8 интерферометра (фиг. 1 и 2). Для устранения параэитных о",ражений поверхности фазовых пластин, свободныэ or отражающих покрытий зеркал, просьеьлены. Параметры и, фазовых пластин, характеризующие величину их анизотропии, выбраны согласно соотношениям -(61иФ41- и „, !бали Рх/ 1, где В - коэффициент отражения первого зеркала 3, в котором металтическая пленка с специальными диэлектрическими многослойниками может быть (с целью упрощения технологии изготовления) эаме41 6 Таким образом, анизотропные лластийы 2 и 4 в сочетании с поляризатором 1 позволяют, управляя поляризацией света, регулировать амплитуды и фазы отраженных лучей всех порядков, включая луч нулевого порядка, что расширяет воэ можноети управжния характеристиками интерференционной картины. 5 9456 непа на простой диэлектрический многослойник. Зеркало 5 выполнено высокоо ражающим с коэффициентом отражения, предельно близким к единице. Интерферометр может быть снабжен 5 приспособлением для изменения его оптической длины (не показано). Поляризатор 1 выполнен в виде поляризационной призмы (типа призмы Глана). На фиг. 3 изображены (в плоскости, перпендикулярной к оптической оси 8 интерферометра): направление колебаний электрического вектора Ед волны or внешнего источника, прошедшей через поляри- затор 1, напраьлэния оптических осей О и 04 анизотропных пласт 2 и 4 и компоненты F и Е электрического вектора эллиптически поляризованной отраженной волны, падающей на нолярйзатор 1 с стороны зеркал 3 и 5 с пластинами 20 2 и 4. Оптические оси 0 и 0 (фиг. 3) пластин 2 и 4 ориентированы перпендикулярно к оптической оси 8 интерферометра под соответствууюшими углами а и (а(+ P) к вектору Ео, лежашему в плос- 25 Мати пропускания поляризатopa 1, Интерферометр раб отает следующим ,образом. Световая sonrta, прошедшая через поляризатор 1 и пластину 2, по отношению к 30 пластине 4 представляет собой сумму волн с ортогональными поляризациями (по отношению к пластине 4 из одноосного кристалла, обладаюшего двойным ющчепреломлением, такими волнами являют«35 ся обыкновенная и необыкновенная sonrrv). Эти sonrrsr, отражаясь от системы зеркал 3 и 5 с пластиной 4 между ними, испытывают многолучевую интерференцию, а затем, пройдя в обратном направлении через пластину 2, интерферируют друг с другом. В результате изменяется поляризация света, и формируется интерферен;ционная картина, характеристики которой зависят от параметроь:5,, 5, Я„и P . Поляризатор 1, преобразуя изменение .поляризации в изменение интенсивности, позволяет подучить интерфереиционную каргину как для компоненты F электрик ческого вектора, параллельной плоскос- ти пропускания поляризатора 1, так и для 50 перлендикулярной покомпоненты Е (причем одна интерференциснная картина является дополнительной по отношению tr аругой, так как потери света в системе о сутствуют) . Формула изобретения 1. Многолучевой интерферометр для, спектральных и оляризацисеных иэмере ний, содержаший последовательно распопо женные на одной оптической оси поляризатор, первое зеркало, анизотропную пластину и второе зеркало, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что, с целью обеспечения возможности спектральных и поляризационных йзмерений в отраженном свете, он снабжен дополнительной аниэотропиой trnaстнной, установленной между поляриэате ром и перьым зеркалом. 2. Интерферометр по п. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что обе анизотронные пластины выпоюшены в вице фазовых пластин, вносящих между собственными поляризаторами фазовые сдьиги 9„, и 9 удовлетворяющие соотношениям: т = — - 61и „)1 1 +К где 9< - фазовый сдвиг дополнительной фаэоьой пластины фазовый сдвиг основной фазовой пластин ы Я, — коэффициент отражения первого зеркала, оптические оси фазовых пластин ориентированы перпендикулярно к оптической оси интерфероме тра. 3. Интерферометр по пп. 1 и 2, о гл-и ч а ю ш и и с я тем, что, с цепю обеспечения плавной рэгулкровки контраста, асимметрии и ширины интерференционных полос, фазовые пластины выполнены с возможностью поворота относительно оптической оси интерферометра. Ис точники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Автометрия", 1975, вып. 3, с. 107. 2. Авторское сьидетежство СССР М 545877, кл. G 01 В 9 О2, 1.975 (прототип) . А45641 фиг. Г Е> Еи Фиг.Я Составитель Л. Лобзова Редактор О. Юрковецкая Техред M.Рейвес Корректор Л. Дзятко Заказ 53 12/57 Тираж .6 14 По дписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4l5 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
