CS218454B1 - Laserový interferometr s ortogonálně lineárně polarizovanými svazky a nepolarizujícím děličem - Google Patents

Abstract

Laserový interferometr s ortogonálně lineárně polarizovanými svazky a s nepolarizujícím děličem. Podstatou interferometru je, že nepolarizující dělič splňuje podmínky propustnosti a odraznosti desky v rovině kolmé, respektive rovnoběžné s rovinou dopadu. Interferometr je určen zejména pro systém, který používá různých typů vlastních interferometrů jak lineární, diferenční apod.

Description

Vynález; se týká laserového interferometru, který pracuje s ortogonálně lineárně polarizovanými svazky a nepolarizujícím děličem.

Laserový interferometr s jedinou pracovní vlnovou délkou obvykle sestává z dělicí jednotky,, obsahující nepolarizující dělič, z posuvného zpětného odrazného systému, detekční jednotky a jednofrekvenčního laseru. V ose opticky zvětšeného svazku paprsků z jednofrekvenčního laseru je obvykle umístěna čtvrtvlnná destička, která přemění lineárně polarizované světlo laseru na přibližně kruhově polarizovaný svazek paprsků. Za čtvrtvlnnou destičkou je dělicí jednotka, například hranol nebo dělicí deska s polopropustnou vrstvou. Na této dělicí vrstvě dochází k rozdělení svazku na referenční svazek a měřicí svazek paprsků. Referenční svazek po dvojnásobném odrazu na dělicí vrstvě vychází k detekční jednotce. Měřicí svazek prochází nejprve polopropustnou vrstvou a postupuje v původním směru k posuvnému zpětnému odraznému systému a po odrazu se rovnoběžně vrací zpět k dělicí vrstvě desky, kterou částečně prochází a postupuje společně s referenčním svazkem k detekční jednotce. V místě dělicí vrstvy desky se oba svazky, referenční a měřicí, sjednocují, vytvářejí interferenční pole a ve společné ose postupují k detekční jednotce. Detekční jednotka obsahuje další dělicí členy, které provedou další rozdělení svazku paprsků tak, že např. jedna část odražená v jednom směru prochází prvním optickým polarizačním filtrem a dopadá na první fotodetektor a druhá část svazku paprsků částečně 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 v kvadratuře o 90°, což umožní použití vratných čítačů pro měření délek.

Nevýhodou tohoto typu laserového interferometru je, že nemůže pracovat v systému, který používá různé typy vlastních interferometrů jako lineární, diferenční a podobně a mívá na vstupu a výstupu interferometrů otáčeče a děliče svazků.

V tomto případě by došlo ke změně formy původně kruhové polarizace svazků a k zhoršení, případně znemožnění funkce interferometru. Další nevýhodou je, že je obtížné nastavení kruhové formy polarizace u tohoto typu vlastního· interferometru.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje laserový interferometr s ortogonálně lineárně polarizovanými svazky a s nepolarizujícím děličem, jehož podstatou je, že nepolarizující dělič splňuje podmínky:

^Tsfp = Pp²

PsPp = + Z_str)²Tp², kde τ„, τ_ρ... propustnost dělicí desky v rovině kolmé, resp. rovnoběžné s rovinou dopadu, p_s> p_p... odraznost dělicí desky v rovině kolmé, resp. rovnoběžné s rovinou dopadu a

Z_str .. střední ztráty optických členů v měřicí větvi vlastního interferometru.

Vlastní interferometr podle tohoto návrhu může pracovat v systému, neboť na vstupu používá lineárně polarizované světlo, které předtím může beze změny formy procházet děliči, případně může být odráženo odrážecí v hlavních rovinách, tj. v rovině dopadu lineárně polarizovaného světla, příp. v rovině k ní kolmé a na výstupu poskytuje ortogonálně lineárně polarizované svazky světla, které vstupují jako unifikovaný vstup do detekční jednotky. Další výhodou je konstrukční jednoduchost a snadné nastavení. Interferometr poskytuje rovněž vysoký kontrast a tedy velkou spolehlivost v provozu.

Vynález blíže objasní výkresy, kde na obr. 1 je principiální uspořádání lineárního interferometru a na obr. 2a, 2b uspořádání diferenčního interferometru.

Na obr. 1 je schéma uspořádání lineárního interferometru i s laserem A a detekční jednotkou B. Vlastní interferometr sestává z první dělicí jednotky Cl, která obsahuje první nepolarizující dělicí desku 2 s polopnopustnou vrstvou 1, tvořící dělič, první a druhou lineární zpožďovací destičku 31 a 32 a první zpětný odrážeč 4 a dále sestává z prvního posuvného odrazového systému Dl, obsahujícího druhý zpětný odrážeč 5. Detekční jednotka B slouží k získání dvou signálů v kvadratuře.

Na obr. 2a, 2b je schéma diferenčního interferometru v uspořádání pro měření ve vertikální a horizontální rovině. Vlastní interferometr sestává z druhé dělicí jednotky C2, která obsahuje druhou nepolarizující dělicí desku 10 s polopropustnou vrstvou 1, tvořící dělič, dále odrazné zrcadlo 11, třetí a čtvrtou lineární zpožďovací destičku 61 a 62, eventuálně pátou a šestou lineární zpožďovací destičku 71 a 72 a dále sestává z druhého posuvného zpětného- odrazného systému D2, který obsahuje třetí a čtvrtý zpětný odrážeč 8 a 9.

Zařízení podle obr. 1 pracuje takto: Předpokládáme pravoúhlý souřadný systém x, y, z, kde osa y leží v rovině dopadu dělicí vrstvy a osa z je osou šíření svazku.

Vstupní světlo s rovinou kmitů v rovině yz prochází nepolarizující dělicí deskou 2 s polopropustnou vrstvou 1.

Propuštěný svazek bi se odráží druhým zpětným odrážečem 5 a prochází druhou lineární zpožďovací destičkou 32 s azimutem 032 = 45° + 3°, čímž jsou korigovány tolerance v polarizačních vlastnostech optických elementů, zvláště zpětných odrážečů 4, 5. Výstupní svazek b2 je lineárně polarizován v kmitové rovině xz. Svazek ai odražený od nepolarizující dělicí desky 2 je odrážen prvním zpětným odrážečem 4, prochází první lineární zpožďovací destičkou 31 s azimutem 0si = 0° + + 3° a odráží se od první nepolarizující dělicí desky 2 s polopropustnou vrstvou 1 jako lineárně polarizovaný svazek s rovinou kmitů v rovině yz. Jelikož v měřicí větvi vlastního interferometru nejsou žádné přídavné optické členy (Z_str=O) a první nepolarizující dělič splňuje tedy podmínky:

TsTp — Pp² PsPp T_p ², dostaneme na výstupu vlastního interferometru stejné intenzity referenčního a měřicího svazku, což dává předpoklady pro plný kontrast interferometru.

Diferenční interferometr podle obr. 2a, 2b pracuje podobně, až na to, že dělič splňuje podmínky:

τ₅τ_ρ =' Pp²

PsPp = (1 + Z_str)² X Tp², k de

Z_str ... jsou střední ztráty odrazového zrcadla 11.

Uspořádání interferometru pro měření ve vertikální rovině je na obr. 2a. Předpokládáme pravoúhlý souřadný systém x, y, z, kde osa z je osou šíření svazku. Světlo z laseru s rovinou kmitů v rovině yz vstupuje do vlastního interferometru. Zde nastává rozdělení druhou nepolarizující dělicí deskou 10 s polopropustnou vrstvou 1 na svazek propuštěný a odražený. Propuštěný svazek po odrazu od třetího zpětného odrážeče 8 druhého zpětného odrazného systému D2 prochází třetí lineární zpožďovací destičkou 61 s azimutem 06i = 0° a dále znovu prochází druhou nepolarizující dělicí deskou 10. Výstupní propuštěný svazek zůstává lineárně polarizovaný v kmitové rovině yz.

Svazek, odrážený od druhé nepolarizující dělicí desky 11 má rovinu kmitů rovněž v rovině yz. Nejdříve je odrážen od zrcadla 11, dále je odrážen čtvrtým odrážečem 9 a prochází čtvrtou lineární zpožďovací destičkou 62 s úhlem 062 = 45°.

Zde dojde k otočení roviny kmitů o úhel 90° a svazek se odráží znovu od druhé nepolarizující dělicí desky 10 a vychází lineárně polarizovaný s rovinou kmitů v rovině xy.

Pro měření v horizontální rovině (obr. 2b) je druhá dělicí jednotka C2 otočena o 90°. Na vstupu vlastního interferometru je proto umístěna pátá lineární zpožďovací destička 71 s azimutem 071 = 45° a v cestě odráženého svazku po odrazu od čtvrtého zpětného odrážeče 9 ve druhém posuvném odrazném systému D2 je šestá lineární zpožďovací destička 72 s azimutem 072 = 45°. Šestá lineární zpožďovací destička 72 otočí rovinu kmitů svazku světla vstupujícího do interferometru o 90°, čímž vzniknou z hlediska polarizačních vlastností elementů vlastního interferometru stejné poměry jako v obr. la.

Laserový interferometr podle vynálezu je určen k použití zejména k systému, který používá různých typů vlastních interferometrů jako lineární, diferenční apod.

Claims (1)

1. Laserový interferometr s ortogonálně lineárně polarizovanými svazky a s nepolarizujícím děličem, vyznačený tím, že nepolarizující dělič splňuje podmínky:

   Τδ'Τρ Pp² p_sp_P= (1 -t-Z_str)²XTp², kde

   YNÁLEZU τ₈, τ_ρ ... propustnost dělicí desky v rovině kolmé, resp. rovnoběžné s rovinou dopadu, p_s, p_p ... odraznost dělicí desky v rovině kolmé, resp. rovnoběžné s rovinou dopadu a

   Z_str ... střední ztráty optických členů v měřicí větvi vlastního interferometru.