CS206398B1 - Způsob kontroly přerušení svazku světla v laserovém interferometru a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

(54) Způsob kontroly přerušení svazku světla v laserovém interferometru a zařízení k provádění tohoto způsobu

Vynález se týká způsobu a zařízení ke kontrole přerušení svazku světla v laserovém interferometru při měření.

Signály k vyhodnocení výsledků z laserového interferometru jsou vytvářeny v detekční jednotce, ve které jsou umístěny děliče světla pro rozdělení interferujících svazků světla na dva případně více svazků “světla, které dopadají na příslušné fotoelektrické detektory. Detekční jednotka obsahuje kromě těchto částí některé další elementy, které slouží k vytváření signálů pro elektronické vyhodnocení výsledků z interferometru. Tyto signály musí být k dispozici kontinuálně, jelikož laserový interferometr je inkrimentálním systémem. Nesmí tedy dojít v žádném okamžiku při měření ke ztrátě signálu, což znamená k přerušení svazku světla. V případě přerušení svazku světla je nutno indikovat nesprávný údaj měření.

Kontrola přerušení svazků světla při měření s laserovým interferometrem tedy je velmi důležitá pro řádnou funkci interferometru v provozních podmínkách. Laserový interferometr při poruše funkce, způsobené i velmi krátkodobým přerušením světla laseru, ztrácí v tomto okamžiku informaci o tom, co sě děje v době poruchy. Porucha vznikne buď přerušením přímo svazku Světla laseru nebo měřicího svazku světla nebo na výstupu z vlastního interferometru. Z těchto důvodů se provádí, pokud je to možné, ochrana prostoru, kterým svazky světla procházejí, například krytem nebo jinou nápadnou zábranou. V praktických případech prostor, kudy prochází referenční svazek, je omezen na uzavřený interferometr, takže jeho přerušení nepadá v úvahu. Provádí se tedy kontrola přerušení svazku světla vycházejícího z laseru, měřicího svazku světla ve vlastním interferometru a sjednoceného svazku světla z vlastního interferometru. Kontrola přerušení svazku světla musí dovolit jak pokles výkonu záření laseru během doby jeho životnosti, tak i částečné zeslabení například měřicího svazku světla v interferometru vlivem nedokonalé justáže a podobně. Nejvýhodnějším řešením pro odstranění dosavadních ne_dostatků je kontrola svazku světla v laserovém interferometru elektrickou cestou, při které by byl při poruše signál nulový.

Tuto problematiku řeší předložený způsob kontroly přerušení svazku světla v laserovém interferometru při měření, jehož podstatou je, že na výstupu z vlastního interferometru se odděluje ze sjednocených svazků světla, referenčního a měřícího, část svazků světla, přičemž referenční svazek světla, pokud není lineárně polarizovaný, se mění na lineárně polarizovaný svazek světla, který se potlačuje, zatímco nadále propouštěný měřící svazek světla signalizuje přerušení svazků světla v laserovém interferometru.

Způsob kontroly umožňuje zařízení, jehož podstatou je, že za výstupem z vlastního interferometru v ose sjednocených svazků světla je umístěn nepolarizující dělící člen a v ose oddělené části sjednocených svazků zpožďovací destička, za ní polarizační filtr a detektor.

V jiném případě v ose oddělené části sjednocených svazků světla je umístěn mezi dělícím nepolarizujícím . členem a zpožďovací destičkou částečně polarizující člen, například Mac-Neillův hranol.

Hlavní výhodou způsobu a zařízení je, že umožňuje okamžitou a spolehlivou kontrolu přerušení svazků ' světla v laserovém interferometru, bez ohledu na snížený nebo zvýšený příkon, a tím zabraňuje vzniku chyb při měření zvláště při výskytu krátkodobých přerušení některého ze svazků světla.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 a 2 jsou v blokovém uspořádání naznačeny dva praktické příklady zařízení.

Zařízení na obr. 1 sestává z laseru 20, vlastního interferometru 10, na jehož výstupu-je v ose x sjednocených svazků před detekční jednotkou 11 umístěn nepolarizující dělící člen 1. V ose x_x oddělené části sjednocených . svazků pak zpožďovací destička 2, polarizační filtr 3 a detektor 4. Příklad na obr. 2 je v podobném uspořádání, avšak s tím rozdílem, že mezi nepolarizujícím dělícím členem 1 a zpožďovací destičkou 2 je umístěn částečně polarizující dělící člen 6, například Mac-Neillův hranol. Zařízení lze zabudovat přímo do detekní jednotky 12, která obsahuje detekční systém 11.

Způsob kontroly přerušení svazku světlaje v podstatě založen na využití různých forem polarizace sjednocených svazků světla, referenčního a měřícího, vycházejících z vlastního interferometru 10. Pomocí nepolarizujícího dělícího členu 1, případně částečně polarizujícího dělícího členu 6, Mac-Neillova hranolu, se z interferujících svazků světla nejprve oddělí část svazku světla a z něj referenční svazek se změní na lineárně polarizovaný svazek světla. Z tohoto odděleného svazku se pomocí polarizačních členů, například kombinací zpožďovací destičky 2 a polarizačního filtru 3, odfiltruje t.j. zadrží referenční svazek světla. Zůstávající měřící svazek je detekován detektorem 4 a slouží pak ke kontrole přerušení svazku světla.

Způsob kontroly přerušení svazku světla lze matematicky zdůvodnit následovně.

Pro oddělenou část interferujících sjednocených svazků světla předpokládáme, že referenční svazek je např. definován Jonesovým vektorem:

®° ^{= £l} ·2^2

kde E_x je vektor el. pole referenčního svazku a fc₄ konstanta. Dále, jsou-li T_Hx a T_H1I propustnosti hranolu pro složku el. pole kolmou a rovnoběžnou a <5_H rozdíl fázového úhlu po průchodu mezi složkou el. pole kolmou a rovnoběžnou, vyjádříme Jonesovou maticí vlastnosti částečně polarizujícího hranolu:

Γ7(Τηχ)^^η/2) 0 - Lo 7(Τ_Η||)β-^!(ίΗ/2).

Po průchodu referenčního svazku zpožďovací destičkou s fázovým posuvem ρ platí:

_ r_e-i,/2 0 ^r Lo e^-is/2

Dále za předpokladu + ρ rc ~~2 4 = 0 £i.k₄

E_x. k₄. e~^{1( /4)} 272

7(T_Hi)expi(^~ 7(1,4) 7(¾) exp -i <5_H + δ ί(π/4)

72 čili <· ^{π + 8 =} 2 dostaneme:

.7(1-4)7(^1^.

Světlo odděleného referenčního svazku je tedy po průchodu zpožďovací destičkou lineárně polarizováno.

° 206398

Dále prochází svazek světla polarizačním filtrem s ažimutem η_γ. Po průchodu pro referenční svazek platí: Εγ . k₄ ⁴ . _e - ί(π/4)

‘c? c.sj	x/(7hi)
	.7(1.4) 7(r„||)_

«r3 =

272 kde Ci — cos η_χ, S₁ = sin Za předpokladu, že 2hi

-tg>h =

1,4.Γ_η1, platí, že «r3 = 0, čili dojde k úplnému potlačení (zadržení) referenčního svazku.

Pro intenzitu propuštěného měřícího svazku, která slouží ke kontrole přerušení svazku, pak platí:

, _ 1 j?2 1 2 Thi · 7hii · 1,4 ^m3_ 2 ^7^ + 1,4.¾ kde K₅ je konstanta

Zařízení pracuje tak, že se nejdříve oddělí část interferujících svazků světla pomocí nepolarizujícího dělícího členu 1, případně pomocí dvou děličů a to přibližně nepolarizujícího dělícího členu 1 a částečně polarizujícího dělícího členu 6 umístěných za sebou. Svazek světla za nepolarizujícím dělícím členem 1, případně za oběma dělícími členy 1 a 6 obsahuje oba svazky, referenční a měřicí, s určitou intenzitou, přičemž obecně mají oba svazky obecnou formu polarizace. Zpožďovací destička 2 za posledním nepolarizujícím, případně částečně polarizujícím dělícím členem 6 je dimenzována takovým způsobem, že přemění procházející referenční svazek na lineárně polarizovaný. Následující polarizační filtr 3 je potom vůči rovině kmitů tohoto lineárně polarizovaného světla zkřížen (natočen o 90°), takže tento svazek nepropustí. Polarizačním filtrem 3 prochází tedy pouze příslušná složka měřicího svazku světla kolmá k rovině kmitů lineárně polarizovaného referenčního svazku světla. Intenzita tohoto procházejícího měřicího svazku světla je přímo úměrná intenzitě světla laseru 20, příp. svazku světla v měřicí cestě interferometru a je nulová při nulové intenzitě světla laseru neboli úplném zaclonění.

Zařízení, sloužící k indikaci přerušení svazku světla je potom možné nastavit tak, že signalizuje přerušení pouze v případě, kdy intenzita měřícího svazku světla, který slouží ke kontrole, klesne pod předem stanovenou mezní hodnotu, pod kterou by nebylo možné zaručit spolehlivou funkci interferometru. Pouhý pokles výkonu záření laseru anebo částečné zeslabení měřícího svazku, při kterém interferometr ještě spolehlivě pracuje, nezpůsobí signalizací přerušení svazku.

V některých případech jsou referenční a měřící svazky světla v oddělené části sjednocených interferujících svazků ortogonálně lineárně polarizovány.

Pak se provede pouze odfiltrování referenčního svazku světla polarizačním filtrem 3 a procházející měřící svazek světla slouží ke kontrole přerušení svazku světla.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob kontroly přerušení svazku světla v laserovém interferometru při měření vyznačený tím, že na výstupu z vlastního interferometru se odděluje ze sjednocených svazků světla, referenčního a měřícího, část svazků světla, přičemž referenční .svazek světla, pokud není lineárně polarizovaný, se mění na lineárně polarizovaný svazek světla, který se potlačuje, zatímco nadále propuštěný měřící svazek světla signalizuje přerušení svazků světla v laserovém interferometru.
2. 2. Zařízení k provedení způsobu kontroly podle bodu 1 vyznačené tím, že za výstupem z vlastního interferometru (10) v ose (x) sjednocených svazků světlaje umístěn nepolarizující dělící člen (l) a v ose (x_t) oddělené části sjednocených svazků zpožďovací destička (2), za ní polarizační filtr (3) a detektor (4).
3. 3. Zařízení podle bodu 2 vyznačené tím, že v ose (x_t) oddělené části sjednocených svazků světla je umístěn mezi dělícím nepolarizujícím členem (1) a zpožďovací destičkou (2) částečně polarizující dělící člen (6), například Mac-Neillův hranol.