CS215573B1

CS215573B1 - Laser interferometer with orthogonal linearly polarized and spearheads

Info

Publication number: CS215573B1
Application number: CS88680A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Petru; Jiri Krsek
Original assignee: Frantisek Petru; Jiri Krsek
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Vynález se týká leserováho interferometru 8 ortogonálními lineárně polerizovenými svazky paprsků ve vlastním interferometru. Interferometr je urSen k měření délek ve dvou souřadnicích a k měření přímočarosti. Podstatou vynálezu je, 2e dělicí jednotka interferometru je tvořena polarizujícím dě ličem a jeden, případně ohe zpětná odrazná eyetámy jeou tvořeny koutovým edražeěem e střechovým hranolem. Předmět se hodí pro přesná měření dálek.The invention relates to a laser interferometer with 8 orthogonal linearly polarized beam bundles in the interferometer itself. The interferometer is designed to measure lengths in two coordinates and to measure straightness. The essence of the invention is that the dividing unit of the interferometer is formed by a polarizing divider and one or more retroreflective eyelets are formed by a corner reflector and a roof prism. The subject matter is suitable for precise distance measurements.

Description

Vynález se týká laserového interferometru, pracujícího s ortogonálními lineární polarizovanými svazky paprsků ve vlastním interferometru.The present invention relates to a laser interferometer operating with orthogonal linear polarized beams in the interferometer itself.

Laserový interferometr s jedinou pracovní vlnovou délkou, tj. s jedinou frekvencí, obvykle sestává z dělicí jednotky, posuvného zpětného odrazného systému, detekční jednotky a zdroje lineárně polarizovaného světle, například jednofTekvenčního laseru. V ose opticky zvětšeného svazku paprsků z jednofTekvenčního laseru je obvykle umístěné Stvrtvlnná destička, která přemění lineárně polarizované světlo laseru na přibližně kruhově polarizovaný svazek paprsků. Za čtvrtvlnnou destičkou je dělicí jednotke, například hranol nebo dělicí deska s polopropustnou vrstvou. Na této dělicí vrstvě dochází k rozdělení svazku paprsků ne referenční svazek a měrný svazek paprsků. Referenční svazek po dvojnásobném odřezu ns dělicí vrstvě vychází k detekční jednotce. Měrný svazek prochází nejprve polopropustnou vrstvou a postupuje v původním směru k posuvnému zpětnému odraznému systému, kde se odráží a posouvá a vrací se íOvnoběžně s původním svazkem paprsků zpět do dělicí jednotky. V místě průchodu dělicí vrstvou hranolu nebo desky se oba svazky, referenční a měrný, sjednocují, vytvářejí interferenční pole a ve společné ose postupují k detekční jednotce. Interferometr tedy prsouje s kruhově polarizovanými svazky opačné orientace a z těchto důvodů obsahuje nepol£<‘lzující dělicí desku, která přibližně zachovává původní stav polarizace svazků. Mimoto obsahije jako jednu z hlavních součástí zpětný odražeč a lineární zpožďovací destičky. Detekční jed:,otká obsahuje delší dělicí členy, které provedou dalěí rozdělaní svazku paprsků tsk, že např. jedna část odražená v jednom směru prochází prvním optickým polarizačním filtrem a dopadá na první fotedetektor a druhá část svazku paprsků prochází dělicí vrstvou dělicího členu a postupuje přes druhý optický polarizační filtr ke druhému fotodetektoru. Vhodným natočením polarizačních filtrů se získají dva signály fázově posunuté o 90 ⁰ v kvadratuře, což umožní použití vratných čítačů pro vyhodnocení výstupnu z interferometru. Příkladem interferometrů uvedeného typu jsou interferometry, obsažené v AO č. 172 444 s č.A single operating wavelength, i.e., single frequency, laser interferometer typically consists of a splitter unit, a slide back reflection system, a detection unit, and a linearly polarized light source, such as a single frequency laser. A quadrilateral plate is usually positioned in the axis of the optically magnified beam from a single frequency laser, which converts the linearly polarized laser light into an approximately circularly polarized beam. Behind the quadrilateral plate is a separating unit, for example a prism or a separating plate with a semipermeable layer. On this separating layer, the beam is divided into a reference beam and a specific beam. The reference beam, after double cutting off the separating layer, exits the detection unit. The measuring beam first passes through the semipermeable layer and proceeds in the original direction to the sliding reflective reflection system, where it is reflected and shifted and returned in parallel with the original beam back to the splitter unit. At the point of passage through the prism or plate separating layer, both the reference and specific beams are united, creating an interference field and advancing along a common axis to the detection unit. The interferometer thus flows with circularly polarized beams of opposite orientation and for this reason contains a non-lying dividing plate which approximately maintains the original polarization state of the beams. It also includes a back reflector and linear delay plates as one of the main components. The detecting poison comprises longer splitting members which further divide the beam tsk such that one portion reflected in one direction passes through the first optical polarizing filter and impinges on the first photedetector and the other beam portion passes through the splitting layer of the splitting member and passes through a second optical polarizing filter to the second photodetector. By properly rotating the polarizing filters, two signals are shifted 90 ^° in quadrature, allowing the use of return counters to evaluate the output from the interferometer. An example of interferometers of this type are interferometers contained in AO No. 172 444 with No.

172 804.172 804.

V některých případech je zapotřebí, aby zařízení, ve kterém je laserového interferometru použito, měřilo ve dvou souřadnicích a dále aby zpětný odrazný systém byl umístěn přímo ne měřeném předmětu. Přitom je výhodné, aby zpětný odrazný systém nezpůsobil odřez zpět do zdroje záření, například jednofTekvenčního stabilizovaného leszru. U všech typů interferometrů, včetně speciálních typů, je dále zapotřebí, aby byla zachována shodnost vlnoplooh obou svazků paprsků, referenčního a měrného, na výstupu laserového interferometru. Kromě toho mají dosavadní interferometry též nízkou energetickou účinnost, jelikož používají v dělicí jednotce tzv. přibližně nepolarizujíoích vrstev, kde ee polovině světla využívá pro kontrolu nastavení a pouze druhá slouží pro získání signálu.In some cases, it is necessary that the device in which the laser interferometer is used measure in two coordinates, and further that the retro-reflecting system is located directly on the object to be measured. In this case, it is preferable that the retro-reflecting system does not cut back into the radiation source, for example a single-frequency stabilized luster. In addition, for all types of interferometers, including special types, the waveforms of the two beams, both reference and specific, at the output of the laser interferometer must be maintained. In addition, the prior art interferometers also have low energy efficiency, since they use so-called approximately non-polarizing layers in the splitting unit, where they use half of the light to control the settings and only the other serves to obtain the signal.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje laserový interferometr s ortogonálními lineárně polarizovanými svazky paprsků sestávající z jednofTekvenčního laseru, dělicí jednotky e odrazných systémů, jehož podstatou je, že dělicí jednotka je tvořena polarizačním děličem, přičemž jeden, případně oba zpětné odrazné systémy jsou tvořeny koutovým hranolem a střechovým hranolem.These previous disadvantages are overcome by a laser interferometer with orthogonal linearly polarized beams consisting of a single-frequency laser, a separating unit e of the reflecting systems, which consists in that the separating unit is formed by a polarizing divider, .

Hlavní výhodou interferometru je podstatně větší spolehlivost, konstrukční jednoduchost s výhodou možností měření ve dvou souřadnicích a odrazné systémy nezpůsobují zpětný odrazThe main advantage of the interferometer is substantially greater reliability, simplicity of construction with the advantage of two-coordinate measurement and the reflection systems do not cause back reflection

215 573 do světelného zdroje. Laserový interferometr může pracovat též s ortogonálními Lineárně polarizovanými svazky paprsků ve vlastním interferometru. Přitom vlastním interferometrem je míněna dělicí jednotka se zpětnými odraznými systémy, tvořenými obvykle zpětnými odrežeč' Interferometr dosahuje vyšší energetické účinnosti při zachování shodnosti vlnoploch měr..iho a referenčního svazku paprsků.215 573 to the light source. The laser interferometer can also work with orthogonal linearly polarized beams in the interferometer itself. By the interferometer itself is meant a separation unit with retro-reflecting systems, usually formed by a retro-reflector. The interferometer achieves higher energy efficiency while maintaining the wavefront of the measurement and reference beam.

Vynález blíže objasní výkresy,, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno uspořádání a použitím střechového hrenolu v jedné větvi interferometru, na obr. 2a a 2b s použitím AbbeWollastonova hranolu a se dvěma střechovými hranoly.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically illustrates the arrangement and use of a roof beam in a single interferometer branch; FIGS. 2a and 2b using an AbbeWollaston prism and two roof prisms.

Laserový interferometr znázorněný na obr. 1, 2e, 2b sestává ze zdroje lineárně polarizovaného svazku paprsků, například laseru 1, ze vstupního polarizačního členu 2, například půlvlnové retardakční destičky, dále z polarizujícího děliče J, například dělicí desky, dělicího hranolu, polarizujícího dělicího hranolu (Mac Neil), případně Abbe-Wollastonova hranolu.The laser interferometer shown in Figures 1, 2e, 2b consists of a source of a linearly polarized beam, for example a laser 1, an input polarizing member 2, for example a half-wave retardation plate, a polarizing divider J, for example a separating plate, a prism, a polarizing prism (Mac Neil) or Abbe-Wollaston prism.

V ose měrného m a referenčního r svazku jsou umístěny zpětné odrazné systémy 4, které sestávají z koutových odražečů 41 a jeden nebo oba odrazné systémy 4 jsou podle potřeby doplněny střechovým hranolem 42. Střechový hranol 42 může být s výhodou nahrazen dvěma zrcadly upevněnými vůči sobě v úhlu 90 °. Jak patrno na obr. 1, jsou v osách měrného m a referenčního r svazku paprsků vloženy rotátory g a 6 anebo půlvlnové retardační destičky. Sjednocený měrný _im a referenční r svazek paprsků, vystupující z interferometru vstupuje do detekční jednotky 2, která slouží k vytváření signálů.Reflection systems 4, which consist of corner reflectors 41 and one or both of the reflector systems 4, are supplemented with a roof beam 42 as required, are preferably disposed in the axis of the measurement and reference beam. The roof beam 42 may advantageously be replaced by two mirrors mounted at an angle 90 °. As can be seen in FIG. 1, rotors g6 and / or half-wave retardation plates are inserted in the axes of the measuring and reference r beams. The unified specific _and reference beam of rays exiting the interferometer enters the detection unit 2, which is used to generate signals.

Funkce laserového interferometru je následující:The function of the laser interferometer is as follows:

Lineárně polarizované světlo z laseru 1 prochází vstupním polarizačním členem 2, tvořeným rotátorem nebo půlvlnovou retardační destičkou, kde dojde k natočení roviny kmitů a dále svazek paprsků vstupuje do polarizujícího děliče g. Zde dojde k rozdělení svazku paprsků na svazek referenční r a měrný m. Pomocí zpětných odrazných systémů 4 jsou oba svazky paprsků, referenční r a měrný m, odraženy zpět do polarizujícího děliče g, ale výškově posunuté. Jeden ze zpětných odrazných systémů 4 je obvykle tvořen koutovým odražečem 41 a střechovým hranolem 42. Na vrstvě dělicího hranolu v polarizujícím děliči g dochází k sudému počtu odrazů měrného svazku m tím, že rovina kmitů se otočí o 90 °, takže počet svazků paprsků v měrné větvi interferometru je 2n, kde n = 1, 2, 3» ·... n. Druhý zpětný odrazný systém 4 může obsahovat jen koutový odražeč £L. Polarizující dělič g provede opětné sjednocení obou svazků paprsků, referenčního r a měrného m, které vystupují z interferometru ve společné ose a jsou ortogonálně lineárně polerizovené. Aby se dosáhlo tohoto stavu u příkladu interferometru podle obr. 1, jsou do cesty měrného svazku m paprsků vloženy rotátory S β 6, které otočí rovinu kmitů svazku světla vždy o 90 °. Sjednocené svazky peprsků, referenční r a měrný m, vstupují do detekční jednotky 2· Zde dojde k dalšímu rozdělení svazku paprsků a k vytvoření dvou signálů v kvadratuře, které slouží k vyhodnocení výstupu z interferometru.The linearly polarized light from the laser 1 passes through an input polarizing member 2 formed by a rotator or a half-wave retardation plate where the plane of oscillations is rotated and the beam enters the polarizing divider g. Here the beam is divided into a reference beam. Reflecting systems 4, both beams of reference r and m are reflected back into the polarizing divider g but offset in height. One of the retroreflecting systems 4 is usually formed by a corner reflector 41 and a roof prism 42. An even number of reflections of the specific beam m occur on the separating prism layer in the polarizing divider g by rotating the oscillation plane 90 ° so that the number of beams in the specific beam The second retro-reflective reflector system 4 may comprise only a corner reflector LL. The polarizing divider g performs a reunification of the two beams, the reference r and the specific m, which emerge from the interferometer in a common axis and are orthogonally linearly polished. In order to achieve this in the example of the interferometer of FIG. 1, rotors S β 6 are inserted in the beam path m to rotate the beam plane by 90 ° in each case. The united beams, reference r and measurement m, enter the detection unit 2. Here, the beam is further split and two signals are created in the quadrature to evaluate the output from the interferometer.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A laser interferometer with orthogonal linearly polarized beams consisting of one / a sequential beam, a separating unit and cutting systems, characterized in that the separating unit is formed by a polarizing beam (3), one or both of which are backward

215 573 systems (4) consist of a corner cutter (4) with a roof prism (42).