CS230331B1 - A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer - Google Patents

A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer Download PDF

Info

Publication number
CS230331B1
CS230331B1 CS755682A CS755682A CS230331B1 CS 230331 B1 CS230331 B1 CS 230331B1 CS 755682 A CS755682 A CS 755682A CS 755682 A CS755682 A CS 755682A CS 230331 B1 CS230331 B1 CS 230331B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
signals
polarizing
beams
detectors
detector
Prior art date
Application number
CS755682A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Frantisek Petru
Zdenka Vesela
Original Assignee
Frantisek Petru
Zdenka Vesela
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Frantisek Petru, Zdenka Vesela filed Critical Frantisek Petru
Priority to CS755682A priority Critical patent/CS230331B1/en
Publication of CS230331B1 publication Critical patent/CS230331B1/en

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Vynález se týká laserových interferometrů. Podstatou vynálezu je způsob detekce více fázově posunutých interferenčních signálů, kde na svazky světla z interferometru přiváděné k interferenci se postupně působí dělením intenzit, průchodem optickým prostředím s navzájem odlišnou rychlostí šíření světla ve dvou kolmých směrech a použitím polarizujícího průchodu, eventuálně odrazu svazků světla na optickém rozhraní, čímž se docílí změny polarizačního stavu dílčích svazků světla s požadovaným fázovým rozdílem, které po dopadu na detektory vytvářejí signály s fázovým posuvem π 2n Vynález je určen pro laserové interferometry.The invention relates to laser interferometers. The essence of the invention is a method of detecting multiple phase-shifted interference signals, where light beams from the interferometer fed to the interference are gradually affected by dividing the intensities, passing through an optical medium with a different light propagation speed in two perpendicular directions and using a polarizing passage, or possibly reflecting the light beams at the optical interface, thereby achieving a change in the polarization state of the partial light beams with the desired phase difference, which after impacting the detectors create signals with a phase shift of π 2n. The invention is intended for laser interferometers.

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení k detekci signálů v laserovém interferometru. Laserový interferometr se obvykle skládá ze zdroje lineárně polarizovaného světla, z vlastního interferometru a detekční jednotky pro detekci interferenčních signálů.The invention relates to a method and device for detecting signals in a laser interferometer. A laser interferometer usually consists of a source of linearly polarized light, the interferometer itself and a detection unit for detecting interference signals.

Na výstupu z vlastního interferometru vzniká interferenční pole, jehož stav je závislý na dráhových rozdílech obou větví interferometru. Dopadem interferujících svazků paprsků na fotoelektrické detektory vznikají v detekční jednotce interferenční signály, které jsou zpracovávány dále ve vyhodnocovací elektronice. Způsob detekce interferenčních signálů určuje do značné míry vlastnosti celého zařízení, tj. rozlišovací schopnost, stanovení směru pohybu, spolehlivost měření apod.At the output of the interferometer itself, an interference field is created, the state of which depends on the path differences of both branches of the interferometer. The impact of interfering beams of rays on photoelectric detectors creates interference signals in the detection unit, which are further processed in the evaluation electronics. The method of detecting interference signals largely determines the properties of the entire device, i.e. resolution, determination of the direction of movement, measurement reliability, etc.

Nevýhodou dosavadních způsobů detekce je hlavně malá rozlišovací schopnost, nízké využití vstupující intenzity světla a přítomnost stejnosměrné složky u interferenčních signálů, která má značný podíl na nespolehlivosti zařízení.The disadvantages of existing detection methods are mainly low resolution, low utilization of incoming light intensity, and the presence of a DC component in interference signals, which significantly contributes to the unreliability of the device.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje způsob detekce více fázově posunutých interferenčních signálů, např. n párů signálů v kvadratuře, navzájem fázově posunutých o úhel --— z laserového interferometru s 2n vysokým rozlišením a s eliminací stejnosměrné složky signálu, jehož podstatou je, že na svazky světla z vlastního interferometru, přiváděné k interferenci, se postupně působí dělením intenzit, průchodem optickým prostředím s navzájem odlišnou rychlostí šíření světla ve dvou kolmých směrech a použitím polarizujícího průchodu, event. odrazu svazků světla na optickém rozhraní, čímž se docílí změny polarizačního stavu dílčích svazků světla s požadovaným fázovým rozdílem, které po dopadu na detektory vytvářejí signály s fázovým poπ suvem —-— .These previous disadvantages are eliminated by a method of detecting multiple phase-shifted interference signals, e.g. n pairs of signals in quadrature, mutually phase-shifted by an angle --— from a laser interferometer with 2n high resolution and with elimination of the DC component of the signal, the essence of which is that the light beams from the interferometer itself, fed to the interference, are gradually affected by dividing the intensities, passing through an optical medium with a different light propagation speed in two perpendicular directions and using a polarizing passage, or possibly reflection of the light beams at the optical interface, thereby achieving a change in the polarization state of the partial light beams with the desired phase difference, which after impacting the detectors create signals with a phase shift —-— .

2n2n

Podstatou zařízení je, že obsahuje nejméně jeden, případně více kombinovaných optických členů, sestávajících ze sériově řazeného přibližně nepolarizujícího děliče a polarizujícího děliče, mezi kterými jsou vloženy dvojlomné optické elementy, například zpožďovací destičky, případně jsou tyto elementy umístěny před přibližně nepodřizujícím děličem. Jinou další podstatou kombinovaných optických členů je, že sestávají z nejméně jednoho sériově řazeného polarizačně asymetrického optického děliče a polarizujícího děliče, mezi kterými jsou vloženy dvojlomné elementy, například zpožďovací destičky, případně jsou tyto dvojlomné elementy umístěny před polarizačně asymetrickým optickým děličem.The essence of the device is that it contains at least one, or more combined optical elements, consisting of a series-connected approximately non-polarizing splitter and a polarizing splitter, between which birefringent optical elements, for example retardation plates, are inserted, or these elements are placed in front of the approximately non-polarizing splitter. Another essence of the combined optical elements is that they consist of at least one series-connected polarization-asymmetric optical splitter and a polarizing splitter, between which birefringent elements, for example retardation plates, are inserted, or these birefringent elements are placed in front of the polarization-asymmetric optical splitter.

Zařízení je doplněno v cestě ortogonálně lineárně polarizovaných svazků z vlastního interferometru přídavnou destičkou, případně opatřenou dielektrickou vrstvou.The device is supplemented in the path of orthogonally linearly polarized beams from the interferometer itself with an additional plate, possibly provided with a dielectric layer.

Výstupy čtvrtého a pátého detektoru jsou připojeny na vstup diferenčního zesilovače.The outputs of the fourth and fifth detectors are connected to the input of the differential amplifier.

Výstupy druhého a třetího, čtvrtého a pátého detektoru jsou připojeny přes děliče na vstupy součtových a diferenčních zesilovačů.The outputs of the second and third, fourth and fifth detectors are connected via dividers to the inputs of the summing and differential amplifiers.

Předností uvedeného způsobu detekce více fázově posunutých signálů, např, n párů signálů v kvadratuře navzájem fázově posunutých o úhel -y—, je vysoké rozlišení, i ull plné využití intenzity vstupujícího světla a odstranění stejnosměrné složky u interferenčních signálů.The advantage of the above method of detecting multiple phase-shifted signals, e.g., n pairs of signals in quadrature mutually phase-shifted by an angle -y—, is high resolution, i.e. full utilization of the intensity of the incoming light and removal of the DC component in interference signals.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je schematicky zobrazeno uspořádání detekční jednotky s dvěma páry signálů v kvadratuře, na obr. 2 se čtyřmi páry, na obr. 3 s jedním párem signálů v kvadratuře a jedním v protifázi fázově poTt sunutých o —-— a na obr. 4 je další varianta uspořádání podle obr. 2.The invention will be further explained by the attached drawing, where Fig. 1 schematically shows the arrangement of the detection unit with two pairs of signals in quadrature, Fig. 2 with four pairs, Fig. 3 with one pair of signals in quadrature and one in antiphase phase shifted by —-— and Fig. 4 shows another variant of the arrangement according to Fig. 2.

Princip způsobu detekce interferenčních signálů spočívá v rozdělení interferujících svazků na dílčí, na které se působí dvojlomnými optickými prvky, čímž se získají dílčí interferenční pole. Z každého dílčího interferenčního pole se vyberou vhodné kmitosměry, například pomocí polarizujících děličů a tyto svazky světla dopadají na fotoelektrické detektory. Získá se n dvojic signálů navzájem fázově posunutých o úhel —; přitom signály každé dvojice jsou v £11The principle of the method of detecting interference signals consists in dividing the interfering beams into sub-beams, which are acted upon by birefringent optical elements, thereby obtaining sub-beam interference fields. Suitable frequency directions are selected from each sub-beam interference field, for example by means of polarizing splitters, and these beams of light fall on photoelectric detectors. N pairs of signals are obtained, mutually phase-shifted by an angle —; while the signals of each pair are in £11

7Γ kvadratuře, tj. fázově posunuté o —-— . Pokud je detekční jednotka upravena pro detekci signálůů v protifázi, lze při zvýšeném počtu detektorů odstranit stejnosměrnou složku použitím diferenčních zesilovačů. Odstranění stejnosměrné složky je v jiné variantě provedeno použitím vhodné kombinace součtu a rozdílu signálů.7Γ quadrature, i.e. phase shifted by —-— . If the detection unit is adapted to detect signals in antiphase, the DC component can be removed with an increased number of detectors by using differential amplifiers. In another variant, the DC component is removed by using a suitable combination of the sum and difference of the signals.

Na vstupu detekční jednotky vyjádříme polarizované světlo sjednocených svazků Jonesovým vektorem:At the input of the detection unit, we express the polarized light of the unified beams by the Jones vector:

kde:where:

εν — Jonesův vektor vstupních sjednocených svazků,ε ν — Jones vector of the input unified bundles,

Ei — elektrický vektor referenčního svazku,Ei — electric vector of the reference beam,

Ei — elektrický vektor měřicího svazku.Ei — electric vector of the measuring beam.

Pro jednu dvojici dílčích interferenčních polí, které se získají interferencí prvních dvou dílčích svazků a fázově posunutých druhých dvou dílčích svazků, za předpokladuFor one pair of partial interference fields, which are obtained by the interference of the first two partial beams and the phase-shifted second two partial beams, assuming

El = El . θίφ, kde φ je fázový posuv mezi El a Ei, platí:El = El . θ ίφ , where φ is the phase shift between El and Ei, it follows:

- - AI AI A2 A2 AN AN xK, · xK, · * ·“ * ·“ · * · * M - M -

Εμ+'ΐϊ)(Em+'ΐϊ)

kdewhere

T* **1 A1 T* **1 A1 » · · » · · AN AN w ** w **

jsou Jonesovy matice optických prvků v ces tě prvního dílčího interferujícího svazku,are the Jones matrices of the optical elements in the path of the first partial interfering beam,

B1 B1 • · f • · f BN BN **· «** **· «**

jsou Jonesovy matice optických prvků v ces tě druhého dílčího' interferujícího svazku,are the Jones matrices of the optical elements in the path of the second partial interfering beam,

Ki, Ki‘, K2, Kz — konstanty.Ki, Ki', K2, Kz — constants.

Dále platí pro Jonesovy matice optických prvků:Furthermore, the following applies to the Jones matrices of optical elements:

P*- *** P* - *** - * - * A1 A1 « « A2 A2 • ♦ » • ♦ » AN AN -» *· -» *·

o o 1-1oh oh 1-1

·<** * B1 ·<** * B1 B2 B2 « 9 < « 9 < BN BN **««» «X **««» «X - - ·«- ·«-

(1-i)(1-i)

O o d-i) (ni)O o d-i) (ni)

Intenzity světla prvních dvou dílčích interferujících svazků jsou dány vztahy:The light intensities of the first two partial interfering beams are given by the relations:

1, - / ί, · Z* . 1- kJ · E* 11 11 = K* .ή (1 , cos/, = 4^2= 'E,(1tsin?l1, - / ί, · Z* . 1- kJ · E* 11 11 = K * .ή ( 1 , cos/ , = 4^2= 'E,(1tsin?l

Oba signály jsou tedy v kvadratuře, tj. mají vůči sobě fázový posuv 90°. Totéž platí i pro signály v protifázi, které mají znaménko —.Both signals are therefore in quadrature, i.e. they have a phase shift of 90° with respect to each other. The same applies to signals in antiphase, which have a — sign.

Pro další dvojici dílčích interferenčních polí, které se získají interferencí dvou dílčích svazků š fázovým posuvem o “ musí platit:For another pair of partial interference fields, which are obtained by the interference of two partial beams with a phase shift of θ, the following must hold:

vůči první dvojici dílčích svazků, kde n je počet dvojic signálů v kvadratuře, a za předpokladuwith respect to the first pair of sub-beams, where n is the number of pairs of signals in quadrature, and assuming

*· *1 *· *1 —» **· —» **· A1 A1 A2 A2 * « 9 * « 9 AN AN * * * «« * «« -» P«> -» P«>

r f Ί r f Ί 2nd = = L -1 L- 1 « I « I 3 3 0 0 - -

r** ·* 07 r** ·* 07 B2 B2 9 · · 9 · · SN SN Γ* Jí. Γ* Eats. 1«. 1«. •w —· •w —·

a dále:and further:

el i 2q ie l i 2q i

a* * and* * r*“ r*“ ·Μ V 2 m ·Μ In 2 m (Ui) (Ui) (1~i J»eQ i (1~i J»eQ i • ♦ · • ♦ · BN BN 0 0 0 0 * aw * aw *· #«* *· #«* s. > p. >

inin

Intenzity světla těchto dílčích interferujících svazků světla jsou:The light intensities of these partial interfering light beams are:

1 +cos(f+ 1 +cos(f+ 2. £/i--KÍ tEl · 1 +sin 2. £/i-- K Í tE l · 1 + sin

Přitom fázový posuv těchto interferenčních signálů je vůči první dvojici signálů.The phase shift of these interference signals is relative to the first pair of signals.

Dvojice dílčích interferenčních polí se v detekční jednotce získají rozdělením svazku z interferometru na dílčí svazky a interferencí dílčích interferenčních svazků s různými formami polarizace. V dalším bude uvažována interference tří forem polarizace dílčích svazků:Pairs of partial interference fields are obtained in the detection unit by splitting the beam from the interferometer into partial beams and interfering the partial interference beams with different forms of polarization. In the following, the interference of three forms of polarization of the partial beams will be considered:

1. interference kruhově polarizovaných svazků opačné orientace,1. interference of circularly polarized beams of opposite orientation,

2. interference kruhově a lineárně polarizovaného svazku,2. interference of circularly and linearly polarized beams,

3. interference dvou lineárně polarizovaných svazků s přímým fázovým posuvem.3. interference of two linearly polarized beams with direct phase shift.

Nyní k jednotlivým případům:Now to the individual cases:

1. Interference kruhově polarizovaných svazků opačné orientace1. Interference of circularly polarized beams of opposite orientation

Budeme uvažovat dvě varianty, a to> detekční jednotku se čtyřmi detektory a detekční jednotku s osmi detektory. Přídavný první detektor 4 je využit na kontrolu přerušení svazku v interferometru. Uspořádání detekční jednotky se čtyřmi detektory je na obr. 1.We will consider two variants, namely> a detection unit with four detectors and a detection unit with eight detectors. The additional first detector 4 is used to check for beam interruptions in the interferometer. The arrangement of the detection unit with four detectors is shown in Fig. 1.

Jednotlivé optické elementy mají následující hodnoty:The individual optical elements have the following values:

rotátor 5: levotočivý, fázový posuv S = 90°, tedy otočení roviny kmitů a = 45°, zpožďovací destičky:rotator 5: left-handed, phase shift S = 90°, i.e. rotation of the oscillation plane a = 45°, delay plates:

fázový phase posuv feed azimut azimuth první first 7: 7: ó = o = 90:, 90 : , Θ = 0° Θ = 0° druhá second 8: 8: Ó = Oh = 180°, 180°, Θ = 45° Θ = 45° třetí third 12: 12: δ = δ = 90c, 90 cents , Θ = (P Θ = (P čtvrtá fourth 13: 13: δ = δ = 180°, 180°, Θ = 67,5' Θ = 67.5'

první přibližně nepolarizující dělič 6:first approximately non-polarizing divider 6:

rv — R±* Ti=R,; r v — R ±* Ti= R ,;

první a druhý polarizující dělič 9 a 14:first and second polarizing dividers 9 and 14:

Γ//^Ο,99/ 0,01, ^0,01,^0,99Γ // ^Ο.99 / 0.01, ^0.01,^0.99

Pro druhý a třetí detektor 10, 11, na které dopadají svazky světla ai‘bt‘ a ai“bi“, když zanedbáme vliv přídavné destičky 1, platí:For the second and third detectors 10, 11, on which the light beams ai‘bt‘ and ai“bi“ fall, if we neglect the effect of the additional plate 1, the following applies:

A1A1

A2A2

A3A3

r ** r ** A4 A4 Λ5 Λ5 i 1 i 1 1-1 1-1 1 1 1 1

~vr~vr

-i 1 4 JÁ * e H- ' ® 2.-i 1 4 I * e H- ' ® 2.

1 o o1 o o

— - — - — ~ — ~ »» »» Γ-* * Γ - * * ·** ·«. ·** ·«. 0 0 0 0 'οϊ 'οϊ Γ ; Τ Ί el >t. 0 Γ ; Τ Ί e l >t. 0 A1 A1 A2 A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 w ·“ w·“ *W r-1 *W r -1 0 0 1 0 1 0 0 el τ 0 e l τ

fce‘ f fce‘ f 0 , 0 , 1 1 1-í 1st o d o d 0 I 0 I VI VI 1 i 1 i - i? - and? 1-1 1-1

J £ I e © kde:J £ I e © where:

kSr — fázový posuv způsobený prvním, přibližně nepolarizujícím děličem 6 při odrazu, jeho odraznost v rovině kolmé k rovině dopadu akS r — phase shift caused by the first, approximately non-polarizing divider 6 upon reflection, its reflectivity in the plane perpendicular to the plane of incidence and

R„ — jeho odraznost v rovině dopadu. Pro vstupní sjednocené svazky platí:R„ — its reflectivity in the plane of incidence. For input unified beams the following applies:

7Γ * e7Γ * e

/Lil '1 Vz/Lil '1 Vz

fF

• e 0 ir 1 ~e?• e 0 ir 1 ~e?

takže jejich intenzity jsou:so their intensities are:

I ~ 1 r c* £?I ~ 1 rc* £?

H tLy = “ý— · Rjl + cos /) ! ή -.1 £-J ~ 2 h ~~~2— * ~cosf)H tLy = “ý— · Rjl + cos /) ! ή -.1 £-J ~ 2 h ~~~2— * ~ c osf)

Dále na výstupu prvního diferenčního zesilovače 17, kde signál li je přiveden přímo a signál Ii‘ přes první odporový dělič 19 v poměru (předpokládáme R, > R„), i máme pro první výsledný signál:Further, at the output of the first differential amplifier 17, where the signal li is fed directly and the signal Ii' through the first resistor divider 19 in the ratio (we assume R, > R„), we have for the first resulting signal:

T i 2T i 2

Rh-cqs?Rh-cqs?

Výsledný signál za prvním diferenčním zesilovačem 17 neobsahuje tedy stejnosměrnou slcžku.The resulting signal after the first differential amplifier 17 therefore does not contain a DC loop.

Pro čtvrtý a pátý detektor 15 a 16, na které dopadají svazky světla a2lb2 a a2“b2“, platí:For the fourth and fifth detectors 15 and 16, on which the light beams a2 l b2 and a2"b2 are incident, the following applies:

'2e '2 e

**ϊ **ϊ Γ Ί Γ Ί Γ Ί Γ Ί 82 82 B3 B3 04 04 B5 B5 **· **·

^,e 2^,e 2

C2 S2 S2-C2 C 2 S 2 S 2- C 2

-ií el * o í 7Γ-ií e l * o í 7Γ

-£t r-£t r

Γ** Γ** r-* ““ί r - * ““ί r** *> r** *> ť ;1f -i ť ;1f -i . X > . X > 84 84 B5 B5 0 0 0 0 c, s, c, with, e H- 0 e H- 0 'Γΰε'ζΓ o r 'Γΰε'ζΓ o r 81 81 82 82 83 83 = = * 2 * 2 . ΊΓ . ΊΓ ** » jC r— L £L.T 0 /ř/e 2_J ** » jC r— L £L.T 0 /ř/e 2_J 0 1^ 0 1^ 0 el4 0 e l 4

1-1 1 11-1 1 1

'^el * '^e l *

kde:where:

kSt — fázový posuv způsobený prvním přibližně nepolarizujícím děličem při průchodu, ' jeho propustnost v rovině kolmé *1 k rovině dopadu,kS t — phase shift caused by the first approximately non-polarizing divider during passage, ' its transmittance in the plane perpendicular *1 to the plane of incidence,

T„ — jeho propustnost v rovině dopadu, „ kde 3 je azimutální úhel ϋζ—-coszyj a/2 čtvrté lineární zpoží>2 — sin í t) ďov-ací destičky 13.T„ — its transmittance in the plane of incidence, „ where 3 is the azimuthal angle ϋζ—-coszyj a/2 of the fourth linear delay>2 — sin í t) of the ďov-ací plate 13.

Dále, předpokládáme-li:Furthermore, if we assume:

c„- s9=_ -£= : JI = o 2 2 KF' T ‘ dostaneme:c„- s 9 = _ -£= : JI = o 2 2 KF' T ' we get:

£ £i i i£ £i i i

Jr.

2.2.

£l ££1 £

-e ř í /W £ l/Ď 'í eLŤ^ + e ‘ ^e ^Ce1 ΐ fh. * é1 ΐ ) o-e ří /W £ l/Ď 'í e L Ť^ + e ' ^e ^Ce 1 ΐ fh. * é 1 ΐ ) o

Z ^íeΣ f tfW f R} Z ^íe Σ f tfW f R}

takže intenzity jsou:so the intensities are:

-j θ ·'* ~2 j =-Ley lZ 2 z * ijTj. * T +( T,,- cos f* 2 f^T,, f > 4 * '* c2 r!z= ΊΓ ~-ít-j θ ·'* ~2 j =-Le y l Z 2 z * ij T j. * T +( T,,- cos f* 2 f^T,, f > 4 * '* c 2 r ! z = ΊΓ ~-ít

Tl* T«+(Tf'TJ cos'/>+2 fřr^ siafTl* T «+(T f 'TJ cos'/>+2 før^ siaf

Při použití nedokonalých, to je přibližně nepolarizujících děličů (Tx V obsahuji signály Iz, 12* určitou složku ve fázi a určitou v protifázi.When using imperfect, that is, approximately non-polarizing dividers (T x V, the signals Iz, 12* contain a certain component in phase and a certain component in antiphase.

Převedeme-li signály I2, I21 na druhý diferenciální zesilovač 18, dostaneme pro třetí výsledný signál:If we transfer the signals I2, I2 1 to the second differential amplifier 18, we get for the third resulting signal:

l — i ~ íz - 1— '2 -fT,, r2 .Siafl — i ~ í z - 1— '2 -fT,, r 2 . With iaf

Tedy výsledný signál za druhým diferenčním zesilovačem 18 neobsahuje stejnosměrnou složku a je přesně v kvadratuře vůči prvnímu signálu.Thus, the resulting signal after the second differential amplifier 18 does not contain a DC component and is exactly in quadrature with respect to the first signal.

Rozlišovací schopnost detekční jednotky (a interferometru] lze dále zvýšit zpracováním elektrických signálů v dalších zesilovačích.The resolution of the detection unit (and interferometer) can be further increased by processing the electrical signals in additional amplifiers.

Předpokládejme, že máme dvojice signálů v kvadratuře, z nichž každá dvojice má kromě základního signálu ještě signál v protifázi, tedy:Let's assume that we have pairs of signals in quadrature, each pair of which has, in addition to the fundamental signal, a signal in antiphase, i.e.:

si = Ei2R„ . cos φ; si‘ = Ei2R„ . cos φ· ί2=ε,2 f^Tl‘SLrífí si = Ei 2 R„ . cos φ; si' = Ei 2 R„ . cos φ· ί 2 =ε, 2 f^T l 'SLríf í

Všechny signály přivedeme na stejnou amplitudu pomocí dalších zesilovačů:We bring all signals to the same amplitude using additional amplifiers:

si = k cos p;si = k cos p;

si‘ = k cos p;si' = k cos p;

k cos φ + k sin φ = k . γ2 . sim(p + k cos — k sin φ = k . V2 . sin(— φ +k cos φ + k sin φ = k . γ2. sim(p + k cos — k sin φ = k . V2 . sin(— φ +

Přivedeme-li ma další diferenční zesilovací stupeň vždy dva signály vhodné polarity, dostaneme na výstupu:If we feed two signals of appropriate polarity to the next differential amplification stage, we get the following at the output:

S2 = k cos φ — (+ k sin φ) = = k . V2 . cos(p -t- —ξ—| si = k cos φ — (— k sin p) = = k . V2 . sin(p + —ξ—)S2 = k cos φ — (+ k sin φ) = = k . V2. cos(p -t- —ξ—| si = k cos φ — (— k sin p) = = k . V2 . sin(p + —ξ—)

S2 = k sin φ; sa“ = k sin φ;S2 = k sin φ; sa' = k sin φ;

Pro dva signály se stejnou amplitudou platí:For two signals with the same amplitude:

^-) = k . \Í2 . COS (- φ + = k . 1/2 . COS (p + -í-)^-) = k . \Í2 . COS (- φ + = k . 1/2 . COS (p + -í-)

Tím jsme získali dva signály v kvadratuře s polovičním fázovým posuvem vůči původním.This resulted in two signals in quadrature with a half phase shift compared to the original ones.

Podobně lze získat další dělení fázových rozdílů zpracováním signálů si, sz, si‘, S21, S3, S3l, si, si‘, avšak před přivedením na další diferenční zesilovače je nutné upravit amplitudy všech signálů na stejnou úroveň.Similarly, further division of phase differences can be obtained by processing signals si, sz, si', S2 1 , S3, S3 l , si, si', but before feeding them to further differential amplifiers, it is necessary to adjust the amplitudes of all signals to the same level.

S5 = k . COS φ — 1 — k CCS ( φ +S5 = k . COS φ — 1 — k CCS ( φ +

S6 - k . sin φ — k sln^? -í- Získal' jsme tedy dva signály s polovičním fázovým rozdílem vůči signálům S3 a stS6 - k . sin φ — k sln^? -í- We have thus obtained two signals with a half phase difference with respect to signals S3 and st

V dělení fázových rozdílů by bylo možné pokr? č.?v;‘í. Omezení počtu dělicích stupňů bude putu ne dáno> nepřesností fázových úhlů signálů v kvadratuře, nepřesností a kolísáním amplitud jednotlivých signálů apod.In dividing the phase differences, it would be possible to continue. The limitation of the number of dividing stages will be due to the inaccuracies of the phase angles of the signals in quadrature, inaccuracies and fluctuations in the amplitudes of the individual signals, etc.

Tedy pro vyšší rozlišovccí schopnost zařízení bude potřeba použít optického dělení fázových úhlů, doplněného dělením elektronickým.Therefore, for higher resolution of the device, it will be necessary to use optical phase angle division, supplemented by electronic division.

Uspořádání detekční jednotky s osmi detektory je na obr. 2.The arrangement of the detection unit with eight detectors is shown in Fig. 2.

)] = 2c°s mm.cosU +-Í-))] = 2c °s mm.cosU +-Í-)

Jl·23-/......sin(’ + -HJl· 23 -/...... sin (' + -H

Optické elementy mají tyto hodnoty: Rotátor 5 má stejnou hodnotu jako u po pisu obr. 1.The optical elements have the following values: Rotator 5 has the same value as in the description of Fig. 1.

První, druhý a třetí, přibližně nepolarizu· jící dělič 6, 21 a 31 j Ti =R// > =°First, second and third, approximately non-polarizing divider 6, 21 and 31 j T i =R // > =°

Třetí, čtvrtý, pátý a šestý polarizující dělič 24, 29, 34 a 37Third, fourth, fifth and sixth polarizing divider 24, 29, 34 and 37

7^0,99, Τ^Ο,ΟΊ, R„^O,O1, Rj~»0,997^0.99, Τ^Ο,ΟΊ, R„^O,O1, Rj~»0.99

pátá 20 fifth 20 : δ - 180°, : δ - 180°, θ θ = 45° = 45° šestá 22 sixth 22 : δ = : δ = 90°, 90°, Θ Θ = 0'1 = 0' 1 sedmá 23 seventh 23 : δ == : δ == 180°, 180°, Θ Θ = 11,25° = 11.25° osmá 27 eighth 27 : δ = : δ = 90°, 90°, Θ Θ = 0° = 0°

devátá 28 : δ desátá 30 : δ jedenáctá 32 : δ = dvanáctá 33 : δ = třináctá 35 : δ = čtrnáctá 36 : δ =ninth 28 : δ tenth 30 : δ eleventh 32 : δ = twelfth 33 : δ = thirteenth 35 : δ = fourteenth 36 : δ =

180°, 180°, 180°, 180°, Ο Θ O Θ = 0° = 45° = 0° = 45° 90°, 90°, Θ Θ = 0° = 0° 180°, 180°, Θ Θ = 67,5° = 67.5° 90°, 90°, Θ Θ = 0° = 0° 180°, 180°, Θ Θ = 33,75' = 33.75'

Pro druhý a třetí detektor 10, 11, na které dopadají svazky světla a/bT a afb-i“, když zanedbáme vliv přídavné destičky 1, platí:For the second and third detectors 10, 11, on which the light beams a/bT and afb-i" fall, if we neglect the effect of the additional plate 1, the following applies:

0 'S 0 'S

WlTT ?R o o r Rlfelž*W l T T ? R oo r R lf e l ž*

f— f— f* Γ* ** f* Γ* ** **Ί **Ί L. L. 1-1 1-1 Αΐ' Aΐ' Α2 Α2 r · · · r · · · Α7 Α7 =.··,, · Kde =.··,, · Where αι' αι' SS. SS. 0 0 0 0 β β 1 1 - - - - 0 0 ί ί

a pro intenzity dostaneme:and for the intensities we get:

Přivedením signálu li přímo a Ii‘ přes první odporový dělič 19 v poměru - ----- na první diferenciální zesilovací stupeň 17 dostaneme pro první výsledný signál:By feeding the signal li directly and Ii' through the first resistor divider 19 in the ratio - ----- to the first differential amplifier stage 17, we obtain for the first resulting signal:

I = L 'COS?I = L 'COS?

' RjT 1 ' RjT 1

Signál za prvním diferenčním zesilovačem 17 neobsahuje stejnoměrnou složku.The signal after the first differential amplifier 17 does not contain a uniform component.

Pro čtvrtý a pátý detektor 15, 16, na které dopadají svazky světla a5‘bj‘ a a+bs“, platí:For the fourth and fifth detectors 15, 16, on which the light beams a5'bj' and a+bs' are incident, the following applies:

JLJL

X. X. -** ·* / -** ·* / jX* jX* -«· ** -«· ** 7-7 7-7 B1 B1 B2 B2 9 · · · 9 · · · B7 B7 ™ · · ’ - 1 kcte ™ · · ’ - 1 kcte Bl' Bl' =2 =2 0 Q 0 Q 1 1 ***» 1 1 ***» *· — *· — *>*» *>*» *> ·* *> ·* ,ο ι ,ο ι

i zz i zz •x •x _Λ_ _Λ_ RíTllf Vi + >3? R í T ll f Vi + >3? «* «* t -Sir>.y.cos(ST-SR)> t -Sir>.y.cos(S T -S R )>

’ RJ„ ♦ Mrcos/r.-R.íi.]-21/-¾¾L' RJ„ ♦ Mrcos/r.-R.íi.]- 2 1/ - ¾¾L

Přivedením signálů I?,, Iž“ na druhý diferenční zesilovací stupeň 18 dostaneme pro třetí výsledný signál:By feeding the signals I?,, Iž“ to the second differential amplifier stage 18, we obtain for the third resulting signal:

^03 k - 2 l/R„Rj. TvT± · cos ) · sin ?^03 k - 2 l/R„ R j. T v T ± · cos ) · sin ?

Pro šestý a sedmý detektor 25 a 26, na které dopadají svazky světla a3‘b3‘ a a3“b3“, platí:For the sixth and seventh detectors 25 and 26, on which the light beams a3‘b3‘ and a3“b3“ are incident, the following applies:

i Kdeand Where

1 1 '1-1 '1-1 Γ Ί Γ Ύ >1 Γ Ί Γ Ύ >1 ** 'fc*. ** 'fc*. 1 1 ·». 1 1 ·». A1 k J A1 to J A2 k A2 to • · · • · · A7 A7

Al' o O takže intenzity světla jsou:Al' o O so the light intensities are:

Ύ* Z > E&Rfí ř3'”2” cos/ -2CzS2sia.f 1 -(c£s* ) cos/+2 CZSZ siilfΎ* Z >E&Rfí ř 3'”2” cos/ -2C z S 2 sia.f 1 -(c£s* ) cos/+2 C Z S Z siilf

Signály b, Í31 Volíme-li jsou tedy v protifázi a jejich základní fázový posuv závisí na C2, Sz.Signals b, Í3 1 If we choose are therefore in antiphase and their basic phase shift depends on C2, Sz.

dostaneme:we get:

. _ £?«Λ '3 ~ 2 . _ £?«Λ '3 ~ 2 u cos^ ~ u cos ^ ~ g) II g) II 1tcos(iři £) I 1tcos(iři £) I r'R h x3 2 r'R h x 3 2 1 - -fa 005ý> ♦ -X 5in.y 1 - -fa 005ý> ♦ -X 5in.y 2. ~~ 2. ~~ J 1-~coS (/>+ -^) J 1-~coS (/>+ -^) J J

Pro osmý a devátý detektor 38 a 39, na které dopadají svazky světla a6*b6‘ a as“b6“, platí:For the eighth and ninth detectors 38 and 39, which are affected by the light beams a6*b6‘ and as“b6“, the following applies:

Další postup je stejný jako u šestého a sedmého detektoru 25 a 26. Ve výrazech proThe next procedure is the same as for the sixth and seventh detectors 25 and 26. In the expressions for

3- 2 I z dostaneme pro intenzity světla:3- 2 I from we get for the light intensity:

Stejnosměrná složka signálů ze šestého a sedmého detektoru 25, 26 je odstraněna pomocí třetího diferenčního zesilovače 40 a z osmého a devátého detektoru 38 a 39 pomocí čtvrtého diferenčního zesilovače 41, na jejichž výstupu dostaneme druhý a čtvrtý výsledný signál I02 a I04.The DC component of the signals from the sixth and seventh detectors 25, 26 is removed using the third differential amplifier 40 and from the eighth and ninth detectors 38 and 39 using the fourth differential amplifier 41, at the output of which we obtain the second and fourth resulting signals I02 and I04.

intenzity je nutné dosadit T,T„ místo R/R,,. Dosazenímintensity, it is necessary to substitute T,T„ instead of R/R,,. By substituting

2. Interference dvou svazků, z nichž jeden je lineárně a druhý kruhově nebo elipticky polarizován2. Interference of two beams, one of which is linearly and the other circularly or elliptically polarized

Tento typ interference poskytuje interferenční pole, jež pro dvě kolmé polarizace, vybrané polarizačním děličem, dává dva signály v kvadratuře. Vůči předchozímu způsobu můžeme tedy získat dvakrát jemnější dělení fázového úhlu pro stejný počet detektorů. Uspořádání detekční jednotky tohoto typu se čtyřmi detektory pro detekci signálů je znázorněno na cbr. 3.This type of interference provides an interference field that, for two perpendicular polarizations selected by a polarization divider, gives two signals in quadrature. Compared to the previous method, we can thus obtain twice as fine a phase angle division for the same number of detectors. The arrangement of a detection unit of this type with four detectors for signal detection is shown in Fig. 3.

Optické elementy mají následující hodnoty:Optical elements have the following values:

rotátor 5 jako ekvivalent popsaný k obr. 1, polarizačně asymetrický dělič 42:rotator 5 as equivalent to that described in Fig. 1, polarization asymmetric divider 42:

T^ = R„^0,12,T^ = R„^0.12,

0,03, zpožďovací destičky následujících vztahových značek:0.03, delay plates of the following reference numbers:

patnáctá 43 fifteenth 43 : S = 180°, : S = 180°, Θ Θ = 45° = 45° šestnáctá 44 sixteenth 44 : δ = 180°, : δ = 180°, Θ Θ 1 1 2 2 sedmnáctá 45 seventeenth 45 : δ = 90°, : δ = 90°, Θ Θ = 45° = 45° osmnáctá 48 eighteenth 48 : δ = 180°, : δ = 180°, Θ Θ == 0° == 0° devatenáctá 47 nineteenth 47 : δ = 180°, : δ = 180°, Θ Θ = 45° = 45°

arctgarctg

Pro šestý a devátý detektor 25 a 39, na když zanedbáme vliv přídavné destičky 1, které dopadají svazky světla ai‘bi a ai“bi“, platí:For the sixth and ninth detectors 25 and 39, if we neglect the influence of the additional plate 1, which is affected by the light beams ai‘bi and ai“bi, the following applies:

r Α1 r Α1 Α2 .., Α2 .., r- Λ 6 r- Λ 6 = 1 = 1 *1 0 *1 0 7 7 7 i » - 7 i » - 'ς. s2~ 'ς. s 2 ~ 0 0 1 1 0 J tr~ J-sr 0 J t r~ J-sr 0 0 0 0 & & ť 7 » 7 ~SŽC2. ~ S F C 2. 0 0 0 fe,e 2^ 0 fe,e 2^

Jestliže si stánovinte podmínku kde pro ki, ka platí:If you set a condition where for ki, ka holds:

dostaneme:we get:

q^_EiC2 q^_EiC2

ty tyyou you

a and -0 }* -0 }* 2k1+l(i 2k 1+ l(i 0 0 ho it 2 Ji 2 Her

a pro intenzity .£2 Rs/^Rl p ♦ cos (/* V) + sira. (/ +and for intensities . £ 2 Rs/^Rl p ♦ cos (/* V) + sira. (/ +

, _ c2 R„+Rj. Ei —— kde musí polarizačně asymetrický dělič 42 splňovat podmínky:, _ c 2 R„+Rj. E i —— where the polarization asymmetric divider 42 must meet the conditions:

^-(V/T )KZ, R(/ = f3+2/rJ Ri5 R„=ůj Rj^T,,^-(V/T )K Z , R (/ = f3+2/rJ R i5 R„=ůj Rj^T,,

Pro druhý a třetí detektor 10 a 11 platí:For the second and third detectors 10 and 11:

r· — r· — —I —I ' - ' - < *Ί 1 0 < *Ί 1 0 cosť Í5ia/ cost Í5ia/ 0 0 *- 1 *- 1 A1 A1 A2 A2 • * · • * · A5 A5 0 0 0 0 0 2ζ 2C ÍSÍI2 ~ý~ cos -Έ- 0 2ζ 2 C ÍSÍI2 ~ý~ cos -Έ- 1 1 0 0 i— i— < > < > k 2 2j k 2 2j - -

β !ίτ β ! ί τ

OO

A1A1

A2A2

A5A5

Pro· případ <5 = π dostaneme:For the case <5 = π we get:

I - T l$--2I - T l $--2

Í3 = -^-5.(1-cos/) í,-#- T„(1^osf) hPro eliminaci stejnosměrné složky všech signálů uvážíme, že máme k dispozici signály:Í3 = -^-5.(1-cos/) í,-#- T„(1^osf) hTo eliminate the DC component of all signals, we consider that we have the following signals available:

(pccs/J(pccs/J

1, Rj.1, Rj.

=ůi* fL·2 + + sira fy’* ·? ) c2 ’ E1 • Ea kde Lz “ J j Lz > Lt=ůi* fL·2 + + sira fy'* ·? ) c 2 ' E 1 • Ea where Lz “ J j Lz > Lt

Podělením signálu I3 druhým odporovým děličem 54 v poměruBy dividing the signal I3 by the second resistor divider 54 in the ratio

Dále sečtením I3 a Í3l v součtovém zesilovači 49Further, by adding I3 and Í3 l in the summing amplifier 49

Γζ R# t„ Rj.Γζ R# t„ Rj.

a odečtením signálu Í3l v pátém diferenčním zesilovači 48 dostaneme:and by subtracting the signal Í3 l in the fifth differential amplifier 48 we get:

L- í,-Ij = C2 -LcoiýPředpokládáme, že stejnosměrná složka se mění stejně u všech signálů a můžeme tedy napsat:L- í,-Ij = C 2 -LcoiýWe assume that the DC component changes equally for all signals and we can therefore write:

a dále zesílením v poměruand further by amplification in the ratio

Ri/j- Rj.Ri/j- Rj.

v operačním zesilovači 50 a odečtením od signálu li v šestém diferenčním zesilovači 51 dostaneme druhý výsledný signál I02:in the operational amplifier 50 and subtracting it from the signal li in the sixth differential amplifier 51 we get the second resulting signal I02:

R = (1 * Hl cos ť) · £/ = cosR = (1 * Hl cos ť) · £/ = cos

2.”v + RRJL1~ 32.” v + RR J L 1~ 3

- _R„+R.í.- _R„+R.í.

i 9~ 1.and 9~ 1.

1+ k9“>s(?+ ’ E1 f k^cosfy1+ k 9 “>s(?+ ' E 1 fk^cosfy

-í>] l02 =br, -k R f 'J. - K2 tf-í>] l 02 =br, -k R f 'J. - To 2 tf

COS (Ý + -Tf-)COS (Ý + -Tf-)

Podobně odečtením signálu I2 od hodnotyAsEpT^ v sedmém diferenčním zesilovači 52 obdržíme čtvrtý výsledný signál Ion ~Similarly, by subtracting the signal I2 from the value AsEpT^ in the seventh differential amplifier 52, we obtain the fourth resulting signal Ion ~

Dále odečtením výsledných signálů I02 aloi v osmém diferenčním zesilovači 53 dostaneme třetí výsledný signál I03:Further, by subtracting the resulting signals I02 and I03 in the eighth differential amplifier 53, we obtain the third resulting signal I03:

!=l M R» i/2~coS (/* £) != l MR» i/2~co S (/* £)

Dostaneme tedy výsledné signály:So we get the resulting signals:

/o,(/+o+ř3-^--T3=u./ o ,(/ + o+ř 3 -^--T 3 =u.

. _ 2 z ω i 77 \ l02 (?*V = 'Φ ~ ' C°S ~ ' í03 %) =b -V?ú-U2-V72ú)=ι/i: *2 ·cos£) l04 ‘COS . _ 2 z ω i 77 \ l 02 (?*V = 'Φ ~ ' C ° S ~ ' í 03 %) =b -V?ú-U 2 -V7 2 ú)=ι/i: * 2 · cos £) l 04 ' COS

Výsledné signály jsou bez stejnosměrné složky a jsou navzájem posunuty o —~—. Jeden ze signálů je vytvořen elektronicky skládáním: cos [φ + —|The resulting signals are without a DC component and are shifted by —~—. One of the signals is created electronically by adding: cos [φ + —|

3. Interference dvou svazků světla s přímým fázovým posuvem3. Interference of two beams of light with direct phase shift

Jako příklad uvedeme detekční jednotku s osmi detektory pro detekci signálů. Schéma uspořádání je shodné s obr. 2, je však použito jiných hodnot u části prvků polarizační optiky, přičemž vliv přídavné destičky 1 zanedbáváme:As an example, we will give a detection unit with eight detectors for signal detection. The layout diagram is identical to Fig. 2, but different values are used for some of the polarization optics elements, while the effect of the additional plate 1 is neglected:

místo zpožďovacích destiček šesté 22 a sedmé 23 je použita dvacátá 55 : δ = 45°, Θ = 45° dvacátá prvá 56 : δ = 180°, 0=0° a místo zpožďovacích destiček třinácté 35 a čtrnácté 36 je použita dvacátá druhá 57 : 5 = 45°, Θ = 45° dvacátá třetí 58 : δ = 180°, 0 = 45°instead of the delay plates sixth 22 and seventh 23, the twentieth 55 is used: δ = 45°, Θ = 45° twenty-first 56: δ = 180°, 0=0° and instead of the delay plates thirteen 35 and fourteen 36, the twenty-second 57: 5 = 45°, Θ = 45° twenty-third 58: δ = 180°, 0 = 45°

Ostatní optické členy detekční jednotky jsou stejné jako u prvního typu detekční jednotky (obr. 2J.The other optical elements of the detection unit are the same as in the first type of detection unit (Fig. 2J.

Pro druhý a třetí detektor 10 a 11 platí:For the second and third detectors 10 and 11:

Γ-* Γ - * A1 A1 A2 A2 • # * • # * A7 A7 *·» *·»

oO

O-1 ‘il. o e /#·O-1 ‘il. o e /#·

11Γ11Γ

1-11-1

1. 1 t -f-T1. 1 t -f-T

Á“·»AND"·"

A2 A2 • · « • · « A7 A7 ·>- ·>-

0 0 0 ť 0 0 0 э 1 0 0-7 —J 1 0 0-7 —J [e‘* -V ?7T 0 e k- [e‘* -V ?7T 0 e k- l/ĎVť o.ÍT ~ 0 ^e-‘TT l/ÎVť o. ÍT ~ 0 ^e-'T T

O 1 oAbout 1 about

1-1 11-1 1

Pro čtvrtý a pátý detektor 15 a 16 máme:For the fourth and fifth detectors 15 and 16 we have:

Ί ob o o l£I am a woman.

-7 1 1 1-7 1 1 1

O 1 1 OAbout 1 1 About

/ňě‘ ťT /ňě' ť T θ - <r θ - <r ± R ± R Γ* S Bl Γ* S Bl B2 B2 B7 B7 *Ί 0 0 *Ί 0 0 _ o /1 _ about /1 ’/zé“lTT '/zé“ l T T !/φ 1 !/φ 1 ** ** - - - - * « · * « · - - 0 1 >-» »·* 0 1 >-» »·*

cC

Pro šestý a sedmý detektor 25 a 20 platí:For the sixth and seventh detectors 25 and 20 the following applies:

Pro hodnoty Cž = 1, S2 = 0 dostaneme:For the values Cž = 1, S2 = 0 we get:

l3 RjlR D * coS + F^J lí=¥ í-j] l 3 R jl R D * coS + F^J l í = ¥ í-j]

Pro osmý a devátý detektor 38 a 30 máme:For the eighth and ninth detectors 38 and 30 we have:

BlBl

B7B7

O í| 1 OíAbout í| 1 About

. £ . £ θ £ H Γη ~ í j —pz θ £ H Γη ~ í j —pz Ί--Π Ί--Π Γ r ✓ Γ r ✓ 0 I 0 I eE / d / d a i and also - -

Dále pro hodnoty C-; = 0, Ss = 1 dosíai V >Furthermore, for the values C-; = 0, Ss = 1, we obtain V >

neme: v 'mute: in '

Tg, Ί + cos /a, —Tg, Ί + cos /a, —

E^ v„ oE^ in„ about

Ί*Ί*

Eliminace stejnosměrné složky je stejná jako v prvním případě.Elimination of the DC component is the same as in the first case.

Příklady provedení zařízení k detekci interferenčních signálů, používajících uvedeného způsobu detekce n párů signálů v kvadratuře navzájem fázově posunutých oExamples of embodiments of devices for detecting interference signals, using the above method of detecting n pairs of signals in quadrature mutually phase-shifted by

7Γ úhel — v laserovém interferometru pro 2n různé formy polarizace světla dílcích interferujících svazků, jsou na obrázcích.7Γ angle — in a laser interferometer for 2n different forms of light polarization in the parts of the interfering beams, are shown in the figures.

Obr. 1 představuje případ, kde ortogonálně lineárně polarizované svazky světla jsou převedeny na protiběžné kruhově polarizované a detekce interferenčních signálů je provedena pomocí dvou párů detektorů. Předpokládáme pravoúhlý souřadný systém x, y, z, kde osa z je osou šíření svazku a roviny kmitů měřicího svazku a a referenčního svazku b spadají od. os x, resp. y. Do cesty sjednoceného svazku z vlastního interferometru aobe je nejprve vložena přídavná destička 1 pod Brewsterovým úhlem pro jednu polarizaci, odražený svazek c druhé polarizace se odráží od zrcadla 3 a dopadá na první detektor 4. V cestě procházejícího sjednoceného svazku ab je umístěn rotátor 5 před dopadem na první přibližně nepolarizuiící dělič 6. Odražený svazek a'bi prochází nejprve první lineární λ/4 zpožďovací destičkou 7, pak druhou lineární A/2 zpožďovací destičkou 8 a na prvním polarizují230331 cím děliči 9 se dělí na odražený svazek ai‘bi‘, dopadající na druhý detektor 10, a na procházející svazek ai“bi“ dopadající na třetí detektor 11. Svazek azbž procházející prvním přibližně nepolarizujícím děličem 6 prochází nejprve třetí lineární λ/4 zpožďovací destičkou 12, pak čtvrtcu lineární A/2 zpožďovací destičkou 13 a na druhém polarizujícím děliči 14 se dělí na odražený svazek asW dopadající ina čtvrtý detektor 15 a na procházející svazek a2“b2“ dopadající na pátý detektor 16. Elektrický signál z druhého detektoru 10 přichází na první diferenční zesilovač 17, stejně jako signál z třetího detektoru 11 přes první odporový dělič 19. Signály ze čtvrtého detektoru 15 a pátého detektoru 16 přicházejí na druhý diferenční zesilovač 13.Fig. 1 presents the case where orthogonally linearly polarized light beams are converted to counter-circularly polarized ones and the detection of interference signals is performed using two pairs of detectors. We assume a rectangular coordinate system x, y, z, where the z axis is the beam propagation axis and the planes of oscillation of the measuring beam a and the reference beam b fall on the x and y axes, respectively. In the path of the unified beam from the interferometer aobe itself, an additional plate 1 is first inserted under the Brewster angle for one polarization, the reflected beam c of the second polarization is reflected from the mirror 3 and falls on the first detector 4. In the path of the transmitted unified beam ab, a rotator 5 is placed before falling on the first approximately non-polarizing splitter 6. The reflected beam a'bi first passes through the first linear λ/4 delay plate 7, then the second linear A/2 delay plate 8 and on the first polarizing splitter 9 it is divided into the reflected beam ai'bi', falling on the second detector 10, and the transmitted beam ai"bi" falling on the third detector 11. The beam azbž passing through the first approximately non-polarizing splitter 6 first passes through the third linear λ/4 delay plate 12, then the quarter-linear A/2 by the delay plate 13 and on the second polarizing divider 14 it is divided into the reflected beam aSW incident on the fourth detector 15 and the transmitted beam a2"b2" incident on the fifth detector 16. The electrical signal from the second detector 10 arrives at the first differential amplifier 17, as well as the signal from the third detector 11 via the first resistive divider 19. The signals from the fourth detector 15 and the fifth detector 16 arrive at the second differential amplifier 13.

Obr. 2 je obdobný případ, avšak s dvojnásobným počtem párů detektorů. Do cesty sjednoceného svazku z interferometru je nejprve vložena přídavná destička 1 s dielektrickou vrstvou 2, která odráží svazek c na první detektor 4. V cestě procházejícího sjednoceného svazku ab je umístěn rotátor 5, kterým sjednocený svazek ab prochází před dopadem na první přibližně nepolarizující dělič 6. Odražený svazek aibi prochází nejprve pátou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 20 a pak dopadá na druhý přibližně nepolarizující dělič 21, kde se dělí na odražený svazek a3b3 a procházející svazek ai’»4. Svazek aobs prochází nejprve šestou lineární λ/4 zpožďovací destičkou 22, pak sedmou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 23 a na třetím polarizujícím děliči 24 se dělí na procházející svazek a3lb3‘, dopadající na šestý detektor 25 a na odražený svazek ag“b3“ dopadající na sedmý detektor 26. Svazek a4b4 prochází nejprve osmou lineární λ/4 zpožďovací destičkou 27, pak devátou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 28 a na čtvrtém polarizujícím děliči 29 se dělí na odražený svazek a4‘b4* dopadající na druhý detektor 10 a na procházející svazek a4“b4“ dopadající na třetí detektor 11. Svazek a-di2 procházející prvním přibližně nepolarizujícím děličem 6 prochází nejprve desátou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 30 a pak dopadá na třetí přibližně nepolarizující dělič 31, kde se dělí na odražený svazek ajbs a procházející svazek aebs. Svazek agbg přechází nejprve jedenáctou lineární λ/4 zpožďovací destičkou 32, pak dvanáctou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 33 a na pátém polarizujícím děliči 34 se dělí na odražený svazek ag‘bg6 dopadající na čtvrtý detektor 15 a na procházející svazek ag“bg“ dopadající na pátý detektor 16. Svazek a přechází nejprve třináctou lineární λ/4 zpožďovací destičkou 35, pak čtrnáctou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 36 a na šestém polarizujícím děliči 37 se dělí na odražený svazek as‘b6‘, dopadající na osmý detektor 38 a na procházející svazek as'‘bs“ dopadající na devátý detektor 39.Fig. 2 is a similar case, but with twice the number of detector pairs. An additional plate 1 with a dielectric layer 2 is first inserted into the path of the unified beam from the interferometer, which reflects the beam c onto the first detector 4. A rotator 5 is placed in the path of the passing unified beam ab, through which the unified beam ab passes before impinging on the first approximately non-polarizing splitter 6. The reflected beam aibi first passes through the fifth linear λ/2 delay plate 20 and then impinges on the second approximately non-polarizing splitter 21, where it is divided into the reflected beam a3b3 and the transmitted beam ai'»4. The beam aobs first passes through the sixth linear λ/4 delay plate 22, then through the seventh linear λ/2 delay plate 23 and at the third polarizing splitter 24 it is divided into the transmitted beam a3 l b3', incident on the sixth detector 25 and into the reflected beam ag"b3" incident on the seventh detector 26. The beam a4b4 first passes through the eighth linear λ/4 delay plate 27, then through the ninth linear λ/2 delay plate 28 and at the fourth polarizing splitter 29 it is divided into the reflected beam a4'b4* incident on the second detector 10 and into the transmitted beam a4"b4" incident on the third detector 11. The beam a-di2 passing through the first approximately non-polarizing splitter 6 first passes through the tenth linear λ/2 delay plate 30 and then impinges on a third approximately non-polarizing splitter 31, where it is divided into a reflected beam ajbs and a transmitted beam aebs. The beam agbg first passes through the eleventh linear λ/4 delay plate 32, then through the twelfth linear λ/2 delay plate 33 and at the fifth polarizing splitter 34 is divided into the reflected beam ag'bg 6 incident on the fourth detector 15 and the transmitted beam ag"bg" incident on the fifth detector 16. The beam a first passes through the thirteenth linear λ/4 delay plate 35, then through the fourteenth linear λ/2 delay plate 36 and at the sixth polarizing splitter 37 is divided into the reflected beam as'b6', incident on the eighth detector 38 and the transmitted beam as''bs" incident on the ninth detector 39.

Elektrický signál z druhého detektoru 10 přichází na první diferenční zesilovač 17, stejně jako signál z třetího detektoru 11 přes první odporový dělič 19. Signály ze šestého detektoru 25 a sedmého detektoru 26 přicházejí na třetí diferenční zesilovač 40. Signály ze čtvrtého detektoru 15 a pátého detektoru 18 přicházejí na druhý diferenční zesilovač 18. Signály z osmého detektoru 38 a devátého detektoru 39 přicházejí na čtvrtý diferenční zesilovač 41.The electrical signal from the second detector 10 comes to the first differential amplifier 17, as does the signal from the third detector 11 through the first resistor divider 19. The signals from the sixth detector 25 and the seventh detector 26 come to the third differential amplifier 40. The signals from the fourth detector 15 and the fifth detector 18 come to the second differential amplifier 18. The signals from the eighth detector 38 and the ninth detector 39 come to the fourth differential amplifier 41.

Na obr. 3 je příklad provedení detekční jednotky, pracující v jedné ze dvou větví se dvěma svazky, z nichž jeden je lineárně a druhý kruhově polarizován. Do cesty sjednoceného svazku z vlastního interferometru aeba je nejprve vložena přídavná destička 1 s dielektrickou vrstvou 2, která odráží svazek c na první detektor 4. V cestě procházejícího sjednoceného svazku ab je umístěn rotátor 5, kterým sjednocený svazek ab prochází před dopadem na polarizačně asymetrický dělič 42. Odražený svazek a«bi prochází postupně patnáctou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 43, pak šestnáctou lineární λ/2 zpožďovací destičkou 44 a dále sedmnáctou lineární λ/4 zpožďovací destičkou 45 a nakonec dopadá na první polarizující dělič 9, kde se dělí na odražený svazek ai‘bi‘, dopadající na šestý detektor 25, a na procházející svazek ai“bi“, dopadající na devátý detektor 39. Svazek azb? procházející polarizačně asymetrickým děličem 42 postupuje nejprve přes osmnáctou lineární λ/2 zpožďovací destičku 4S, pak přes devatenáctou lineární λ/2 zpožďovací destičku 47 a dopadá na druhý polarizující dělič 14, kde se dělí na odražený svazek azW, dopadající ma druhý detektor 10, a na procházející svazek a2“b2ťi, dopadající na třetí detektor 11. Signál z třetího detektoru 11 je přiveden přes druhý odporový dělič 54 na pátý diferenční zesilovač 48 a současně na součtový zesilovač 49, na které přichází rovněž signál z druhého detektoru 10. Za součtovým zesilovačem 49 je zařazen operační zesilovač 50. Signál ze šestého detektoru 25 je přiveden na šestý diferenční zesilovač 51 a signál z devátého detektoru 39 přichází na sedmý diferenční zesilovač 52. Výstupní signály ze šestého a sedmého diferenčního zesilovače 51 a 52 přicházejí na csmý diferenční zesilovač 53.Fig. 3 shows an example of a detection unit operating in one of two branches with two beams, one of which is linearly and the other circularly polarized. In the path of the unified beam from the interferometer aeba itself, an additional plate 1 with a dielectric layer 2 is first inserted, which reflects the beam c onto the first detector 4. In the path of the passing unified beam ab, a rotator 5 is placed, through which the unified beam ab passes before impinging on the polarization-asymmetric splitter 42. The reflected beam a«bi passes successively through the fifteenth linear λ/2 delay plate 43, then the sixteenth linear λ/2 delay plate 44 and then the seventeenth linear λ/4 delay plate 45 and finally impinges on the first polarizing splitter 9, where it is divided into the reflected beam ai'bi', impinging on the sixth detector 25, and the transmitted beam ai“bi”, impinging on the ninth detector 39. The beam azb? passing through the polarization-asymmetric divider 42, it first proceeds through the eighteenth linear λ/2 delay plate 4S, then through the nineteenth linear λ/2 delay plate 47 and falls on the second polarizing divider 14, where it is divided into the reflected beam azW, falling on the second detector 10, and the transmitted beam a2“b2 ťi , falling on the third detector 11. The signal from the third detector 11 is fed through the second resistive divider 54 to the fifth differential amplifier 48 and simultaneously to the summing amplifier 49, to which the signal from the second detector 10 also arrives. An operational amplifier 50 is included after the summing amplifier 49. The signal from the sixth detector 25 is fed to the sixth differential amplifier 51 and the signal from the ninth detector 39 arrives at the seventh differential amplifier 52. The output signals from the sixth and seventh differential amplifiers 51 and 52 arrive at the third differential amplifier 53.

Na obr. 4 je příklad provedení detekční jednotky, kde je v obou větvích vždy pro jednu dvojici detektorů využito přímého fázového p:suvu jednotlivých dílčích interferujících svazků mezi sebou. Obr. 4 je shodný s obr. 2 s tím rozdílem, že v cestě svazku ajb3 místo šesté lineární λ/4 zpožďovací destičky 22 a sedmé lineární λ/2 zpožďovací destičky 23 jsou zařazeny dvacátá lineární λ/8 zpožďovací destička 55 a dvacátá prvá lineární λ/2 zpožďovací destička 56 a v cestě svazku asbs místo třinácté lineární λ/4 zpožďovací destičky 35 a čtrnácté lineární λ/2 zpožďovací destičky 36 jsou zařazeny dvacátá druhá lineární λ/8 zpožďovací destička 57 a dvacátá třetí lineární 7/2 zpožďovací destička 38.Fig. 4 shows an example of a detection unit design, where in both branches, for one pair of detectors, direct phase p:shift of individual partial interfering beams is used. Fig. 4 is identical to Fig. 2 with the difference that in the beam path ajb3, instead of the sixth linear λ/4 delay plate 22 and the seventh linear λ/2 delay plate 23, the twentieth linear λ/8 delay plate 55 and the twenty-first linear λ/2 delay plate 56 are included, and in the beam path asbs, instead of the thirteenth linear λ/4 delay plate 35 and the fourteenth linear λ/2 delay plate 36, the twenty-second linear λ/8 delay plate 57 and the twenty-third linear 7/2 delay plate 38 are included.

Detekční jednotky pro uvedené tři formy polarizace světla pracují tak, žs sjednocené svazky světla ab z vlastního interferometru se rozdělí na dílčí svazky světla aibi, a?bz a působením kombinovaných optických členů se převedou na požadovanou formu polarizace a s.mčaoně se jun udělí požadovaný fázový posuv mezi jednotlivými dílčími svazky. Kombinované optické členy sestávají ze sériově řazeného přibližně nepodřizujícího děliče, dvojlomných elementů a polarizujícího děliče. Přibližně nepodřizující dělič v součinnosti s dvojlomnými elementy slouží k dělení svazku a k transformaci formy polarizace s vytvořením příslušného fázového posuvu mezi dílčími svazky. Polarizujícím děličem se vyberou dvě polarizace (obvykle ortogonálně lineární), které poskytují požadované interferenční signály. Funkce detekčních jednotek je dále vysvětlena přímo na příkladech provedení.The detection units for the three forms of light polarization mentioned above operate in such a way that the combined light beams ab from the interferometer itself are divided into partial light beams aibi, a?bz and, by the action of combined optical elements, they are converted to the desired form of polarization and, in turn, the desired phase shift between the individual partial beams is given. The combined optical elements consist of a series-connected approximately non-subordinating splitter, birefringent elements and a polarizing splitter. The approximately non-subordinating splitter in cooperation with the birefringent elements serves to divide the beam and to transform the form of polarization with the creation of the appropriate phase shift between the partial beams. The polarizing splitter selects two polarizations (usually orthogonally linear), which provide the desired interference signals. The function of the detection units is further explained directly on the basis of exemplary embodiments.

Princip funkce detekční jednotky podle obr. 1 je následující: Sjednocený svazek aebň z vlastního interferometru, který vstupuje do detekční jednotky, obsahuje měřicí aa a referenční svazek by které jsou ortogonálně lineárně polarizovány a mají společnou osu šíření. Předpokládáme pravoúhlý souřadný systém x, y, z, kde osa z je osou šíření svazku. Vektory elektrického pole měřicího ae, resp. referenčního svazku ba spadají do příslušných os a označíme je Ex, Ey. Přídavná destička 1, umístěná pod Brewsterovým úhlem vůči rovině kmitů referenčního svazku, vydělí maleu část c intenzity měřicího svazku as, která po odrazu od zrcadla 3 dopadá na první detektor 4 a získaný signál slouží ke kontrole přerušení svazku v laserovém interferometru. Postupující svazek ab prochází levotočivým rotátorem 5 s úhlem zpoždění 90°, který natáčí roviny kmitů referenčního a měřicího sjednoceného svazku o 45°. Na prvním přibližně nepolarizujícím děliči 6 dochází k rozdělení svazku ab na dílčí svazky aibi a asbx. Odražený svazek aibi prochází nejprve první lineární λ/4 zpožďovací destičkou 7 (ó = 90°, Θ 01, kde se převede na kruhově polarizované svazky opačné orientace (elipticky polarizované s přibližně stejným azimutálním úhlem). Fázový posuv se nastavuje pomocí druhé lineární λ/2 zpožďovací destičky 8 (δ = 180°, Θ = 0). Při dopadu svazku aibi na první polarizující dělič 0 nastává rozdělení na svazky ai‘bi‘ a ai“bi“, které mají roviny kmitů k sobě kolmé, v důsledku čehož signály na druhém a třetím detektoru 16 a 11 jsou v protifázi a mají základní fázový posuv nulový. V procházejícím svazku azbs jsou funkce optických elementů, tj. třetí lineární λ/4 zpožďovací destičky 12 (δ = 90°, Θ = 0), čtvrté lineární λ/2 zpožďovací destičky 13 (δ = 180°, Θ = 67,5°) a druhého polarizujícího děliče 14, obdobné jako ve svazku arbi s tím rozdílem, že natočením azimutu čtvrté lineární λ/2 zpožďovací destičky 13 na úhel Θ = 67,5° se dosáhne tcho, že signály na čtvrtém a pátém detektoru 15 a 16 jsou fázově posunuté o ττ/2 vůči první dvojici signálů na druhém a třetím detektoru 10 a 11, přičemž jsou navzájem v protifázi, Geometrické uspořádání optických elementů zůstává v jedné rovině. Uvedeným uspořádáním detekční jednotky se dosáhne plného využití energie svazku z interferometru a odstranění stejnosměrné složky pomocí dvou signálů v protifázi. jak bylo odvozeno, lze zvýšit rozlišovací schopnost detekční jednotky elektronicky. Stejnosměrná složka signálů je odstraněna použitím prvního a druhého diferenčního zesilovače 17 a 18, na jejich vstupy jsou přivedeny signály se stejnou úrovní, ale v protifázi z druhého a třetího detektoru 16, 11 a čtvrtého a pátého detektoru 15, 16. Stejná úroveň signálů se dostaví prvním odporovým děličem 19. Výsledné signály Ιοί, I33 z diferenčních zesilovačů 17 a 18 pak již neobsahují stejnosměrnou složku.The principle of operation of the detection unit according to Fig. 1 is as follows: The unified beam aebň from the interferometer itself, which enters the detection unit, contains the measuring aa and the reference beam by which are orthogonally linearly polarized and have a common propagation axis. We assume a rectangular coordinate system x, y, z, where the z axis is the beam propagation axis. The electric field vectors of the measuring ae, respectively. reference beam ba fall into the respective axes and are denoted by E x , E y . The additional plate 1, located at the Brewster angle to the plane of oscillations of the reference beam, divides a small part c of the intensity of the measuring beam as, which after reflection from the mirror 3 falls on the first detector 4 and the obtained signal serves to check the beam interruption in the laser interferometer. The advancing beam ab passes through a left-handed rotator 5 with a delay angle of 90°, which rotates the planes of oscillation of the reference and measurement unified beams by 45°. At the first approximately non-polarizing splitter 6, the beam ab is divided into sub-beams aibi and asbx. The reflected beam aibi first passes through the first linear λ/4 delay plate 7 (δ = 90°, Θ 01), where it is converted into circularly polarized beams of opposite orientation (elliptically polarized with approximately the same azimuthal angle). The phase shift is set using the second linear λ/2 delay plate 8 (δ = 180°, Θ = 0). When the beam aibi hits the first polarizing splitter 0, it is split into beams ai'bi' and ai"bi", which have planes of oscillation perpendicular to each other, as a result of which the signals on the second and third detectors 16 and 11 are in antiphase and have a basic phase shift of zero. In the passing beam azbs, the functions of the optical elements, i.e. the third linear λ/4 delay plate 12 (δ = 90°, Θ = 0), the fourth linear λ/2 delay plate 13 (δ = 180°, Θ = 67.5°) and the second polarizing divider 14, similar to the arbi beam with the difference that by rotating the azimuth of the fourth linear λ/2 delay plate 13 to an angle Θ = 67.5°, it is achieved that the signals on the fourth and fifth detectors 15 and 16 are phase shifted by ττ/2 relative to the first pair of signals on the second and third detectors 10 and 11, while they are in antiphase with each other, The geometric arrangement of the optical elements remains in one plane. The above arrangement of the detection unit achieves full utilization of the beam energy from the interferometer and removal of the DC component using two signals in antiphase. As was derived, the resolution of the detection unit can be increased electronically. The DC component of the signals is removed using the first and second differential amplifiers 17 and 18, signals with the same level, but in antiphase from the second and third detectors 16, 11 and the fourth and fifth detectors 15, 16. The same signal level is achieved by the first resistive divider 19. The resulting signals Ιοί, I33 from the differential amplifiers 17 and 18 then no longer contain a DC component.

Obdobný je princip funkce detekční jednotky na obr. 2. Sjednocený svazek aobo z vlastního interferometru dopadá nejprve na přídavnou destičku 1 s dielektrickou vrstvou 2, pomocí níž se vydělí jeho nepatrná část c na první detektor 4 pro indikaci přerušení svazku v laserovém interferometru. Speciální dielektrické vrstvy 2 na přídavné destičce 1 způsobí, že přídavná destička 1 má stejný účinek jako v předchozím případě, tj. že od jedné dielektrické vrstvy se odráží jen malá část intenzity měřicího svazku ae; druhá dielektrické vrstva na opačné straně desky představuje antireflexní vrstvu pro oba svazky, měřicí a a referenční b. Procházející svazek ab dopadá pak na levotočivý rotátor 5 (δ =·= 90°, a = 45°), kde se rovina kmitů referenčního a měřicího svazku jako celek natočí o 45°, a dále na první přibližně nepolarizující dělič 6, kde se rozdělí na dílčí svazky aibi a a2b?„; v- cestě těchto rozdělených svazků jsou umístěny pátá a desátá lineární λ/2 zpožďovací destičky 20 a 30 (δ = 180°, Θ = 45°), které natočí roviny kmitů o 90°, takže po dvojnásobném odrazu, resp. průchodu druhým a třetím přibližně nepolarizujícím děličem. 21 a 31, je ve svazcích asbs a asbs zachován původní polarizační stav jako u svazku ab. Potom je u svazků aobs, aebs proveden převod z ortogonálních lineárně polarizovaných svazků na kruhově polarizované svazky opačné orientace (u svazků aeb4 a asbs na elipticky polarizované s přibližně stejným azimutálním úhlem) pomocí šesté, osmé, jedenácté a třinácté lineární λ/4 zpožďovací destičky 22, 27, 32 a 35 majících stejnou hodnotu (δ = 90°, (j = 0°). Natočením azimutu za nimi umístěných lineárních λ/2 zpožďovacích destiček, a to oproti deváté lineární λ/2 zpožďovací destičce 28 (δ = 180°, Θ = 0°)The principle of the detection unit in Fig. 2 is similar. The unified beam a or b from the interferometer itself first falls on an additional plate 1 with a dielectric layer 2, by means of which a small part c of it is divided to the first detector 4 for indicating the beam interruption in the laser interferometer. The special dielectric layers 2 on the additional plate 1 cause the additional plate 1 to have the same effect as in the previous case, i.e. that only a small part of the intensity of the measuring beam ae is reflected from one dielectric layer; The second dielectric layer on the opposite side of the plate represents an anti-reflection layer for both beams, the measuring a and the reference b. The passing beam ab then impinges on the left-handed rotator 5 (δ =·= 90°, a = 45°), where the plane of oscillations of the reference and measuring beams as a whole is rotated by 45°, and then on the first approximately non-polarizing splitter 6, where it is divided into partial beams aibi and a2b?„; in the path of these divided beams are placed the fifth and tenth linear λ/2 delay plates 20 and 30 (δ = 180°, Θ = 45°), which rotate the planes of oscillations by 90°, so that after double reflection, or passage through the second and third approximately non-polarizing splitters. 21 and 31, the original polarization state is preserved in the beams asbs and asbs as in the beam ab. Then, at beams aobs, aebs, conversion from orthogonal linearly polarized beams to circularly polarized beams of opposite orientation (for beams aeb4 and asbs to elliptically polarized with approximately the same azimuthal angle) was performed using the sixth, eighth, eleventh and thirteenth linear λ/4 delay plates 22, 27, 32 and 35 having the same value (δ = 90°, (j = 0°). By rotating the azimuth of the linear λ/2 delay plates located behind them, relative to the ninth linear λ/2 delay plate 28 (δ = 180°, Θ = 0°)

3 0 3 31.3 0 3 31.

o úhly: 11,25° u sedmé zpožďovací destičky 23 (ó = 180°, Θ = 11,25°), 67,5° u dvanácté zpožďovací destičky 33 (5 = 180°, Θ = 67,5°) a 33,75° u čtrnácté zpožďovací destičky 36 (í = 180°, Θ = 33,75°) se dosahuje toho, že signály na detektorech jsou vůči sobě fázově posunuté vždy o —, přičemž jsou navzájem v protifázi. Geometrické uspořádání optických elementů zůstává přitom v jedné rovině. Opět je dosaženo plného využití energie svazku z vlastního interferometru a dvojnásobného rozlišení ve srovnání s detekční jednotkou, kde jsou pouze dva signály v kvadratuře. Rovněž je odstraněna stejnosměrná složka signálů pomocí dvou signálů v protifázi. Další zvýšení rozlišení je opět možné elektronicky. Odstranění stejnosměrné složky signálů pracuje stejně jako v předchozím případě. Signály v protifázi u druhého a třetího, šestého a sedmého detektoru 10 a 11, 25 a 26, stejně jako u čtvrtého a pátého, osmého a devátého detektoru 15 a 16, 38 a 39 jsou přivedeny na vstupy prvního a třetího diferenčního zesilovače 17 a 40 a druhého a čtvrtého diferenčního zesilovače 18 a 41, na jejichž výstupu výsledné signály Ιοί, I02, I03 a I04 již neobsahují stejnosměrnou složku. Stejná úrov-eň signálů je zabezpečena prvním odporovým děličem 19.By the angles: 11.25° for the seventh delay plate 23 (δ = 180°, Θ = 11.25°), 67.5° for the twelfth delay plate 33 (δ = 180°, Θ = 67.5°) and 33.75° for the fourteenth delay plate 36 (δ = 180°, Θ = 33.75°), it is achieved that the signals on the detectors are always phase-shifted by —, while being in antiphase with each other. The geometric arrangement of the optical elements remains in one plane. Again, full use of the beam energy from the interferometer itself is achieved and twice the resolution compared to the detection unit, where there are only two signals in quadrature. The DC component of the signals is also removed by means of two signals in antiphase. A further increase in resolution is again possible electronically. The DC component of the signals is removed in the same way as in the previous case. The signals in antiphase at the second and third, sixth and seventh detectors 10 and 11, 25 and 26, as well as at the fourth and fifth, eighth and ninth detectors 15 and 16, 38 and 39 are fed to the inputs of the first and third differential amplifiers 17 and 40 and the second and fourth differential amplifiers 18 and 41, at the output of which the resulting signals Ιοί, I02, I03 and I04 no longer contain a DC component. The same level of the signals is ensured by the first resistive divider 19.

Na obr. 3 je uveden případ, kdy se z původně ortogonálně lineárně polarizovaných svazků z vlastního interferometru vytváří v jedné větvi detekční jednotky kombinace světla kruhově a lineárně polarizovaného. Nejprve prochází ortogonálně lineárně polarizovaný sjednocený svazek aobo z vlastního interferometru přídavnou destičkou 1 s dielektrickými vrstvami 2, která s prvním detektorem 4 slouží ke kontrole přerušení svazku. Pak projde levotočivým rotátorem 5 (<S = 90°, a = 45°), kde se soustava ortogonálně lineárně polarizovaných svazků ab natočí o úhel 45°. Na polarizačně asymetrickém děliči 42 s dielektrickými vrstvami o vlastnostech: T, = R,, = 0,12, T„ = R^ = 0,83, R„ = (3 + 2V2 jR^ dojde k rozdělení na dva dílčí lineárně polarizované sjednocené svazky atbi a ažbž. V cestě odraženého dílčího svazku aibi, v němž složky lineárně polarizovaného světla měřicí ai a referenční bt svírají úhel 135°, je umístěna nejprve patnáctá lineární Λ/2 zpožďovací destička 43 (á = 180°, Θ = 45°) a za ní šestnáctá lineární λ/2 zpožd'ovací_destička 44 (<5 = 180°, Θ = —g—arctgf ), takže dochází k natočení rovin kmitů měřicího ai i referenčního svazku bi tak, že jedna z nich spadá do příslušné souřadné osy a druhá je pod 45°. Následující sedmnáctá lineární λ/4 zpožďovací destička 45 (ó = 90°, Θ = 45°) pak způsobí, že složka lineárně polarizovaného světla pod 45° zůstane nezměněna, zatímco z druhé složky se vytvoří kruhově polarizované světlo. Na prvním polarizujícím děliči 9 se svazek světla sestávající z lineárně a kruhově polarizovaného světla vydělí tak, že na šestý detektor 25 a devátý detektor 39, dopadající svazky světla aťbi‘ a ai“bi“ mají fázový posuv +45° a —45°; dostáváme tedy dva signály v kvadratuře. Procházející dílčí lineárně polarizovaný svazek a2b? postupuje nejdříve přes osmnáctou lineární λ/2 zpožďovací destičku 46 (<? = = 180°, Θ = 0°) a devatenáctou lineární λ/2 zpožďovací destičku 47 (á = 180°, Θ = 45°), které slouží ke korekci malých fázových posuvů a k vyrovnání intenzit, a pak dopadá na druhý polarizující dělič 14, kde nastává rozdělení na svazky a2‘bž‘ a a2“b2u, které dopadají na druhý a třetí detektor 10 a 11, na kterých vzniká jednak signál se základním nulovým posuvem 0°, a dále signál v protifázi, který je využit pro eliminaci stejnosměrné složky signálů. Odstranění stejnosměrné složky všech signálů a vytvoření signálu s fázovým posuvem —~—je provedeno pomocí součtového, operačního a diferenčních zesilovačů. Odečtením signálu z detektoru 10 od signálu z detektoru 11 poděleného v druhém odporovém děliči 54 pomocí pátého diferenčního zesilovače 48 dostaneme první výsledný signál I01 (p + 0) se základním fázovým posuvem 0° a bez stejnosměrné složky. Sečtením obou vstupních signálů ze vstupu diferenčního zesilovače 48 v součtovém zesilovači 40, zesíleR,, + R, ním tohoto signálu v poměru A3 = —- ~ v operačním zesilovači 50 a odečtením tohoto signálu od signálu ze šestého detektoru 25 v šestém diferenčním zesilovači 51 dostaneme druhý výsledný signál I02 φ + —) s fázovým posuvem—bez stejnosměrné složky. Podobně odečtením signálu z devátého detektoru 39 od výstupního' signálu z operačního zesilovače 50 v sedmém diferenčním zesilovači 52 dostaneme čtvrtý výsledný signál I04Fig. 3 shows the case where a combination of circularly and linearly polarized light is created in one branch of the detection unit from the originally orthogonally linearly polarized beams from the interferometer itself. First, the orthogonally linearly polarized unified beam a or b from the interferometer itself passes through an additional plate 1 with dielectric layers 2, which, together with the first detector 4, serves to check for beam interruption. Then it passes through a left-handed rotator 5 (<S = 90°, a = 45°), where the system of orthogonally linearly polarized beams a and b is rotated by an angle of 45°. On the polarization-asymmetric splitter 42 with dielectric layers with the properties: T, = R,, = 0.12, T„ = R^ = 0.83, R„ = (3 + 2V2 jR^, the division into two partial linearly polarized unified beams atbi and ažbž occurs. In the path of the reflected partial beam aibi, in which the components of the linearly polarized light measuring ai and the reference bt make an angle of 135°, the fifteenth linear Λ/2 delay plate 43 (á = 180°, Θ = 45°) is placed first and behind it the sixteenth linear λ/2 delay plate 44 (<5 = 180°, Θ = —g—arctgf ), so that the planes of oscillations of the measuring ai and the reference beam bi are rotated so that one of them falls into the respective coordinate axis and the other is under 45°. The following seventeenth linear λ/4 delay plate 45 (ó = 90°, Θ = 45°) then causes the component of linearly polarized light below 45° to remain unchanged, while the second component is formed into circularly polarized light. On the first polarizing splitter 9, the light beam consisting of linearly and circularly polarized light is divided so that the incident light beams a2b? and ai“bi“ have a phase shift of +45° and —45° on the sixth detector 25 and the ninth detector 39; thus, we obtain two signals in quadrature. The passing partial linearly polarized beam a2b? first proceeds through the eighteenth linear λ/2 delay plate 46 (<? = = 180°, Θ = 0°) and the nineteenth linear λ/2 delay plate 47 (á = 180°, Θ = 45°), which serves to correct small phase shifts and to equalize the intensities, and then it falls on the second polarizing divider 14, where it is divided into beams a2'bž' and a2“b2 u , which fall on the second and third detectors 10 and 11, on which a signal with a basic zero shift of 0° is generated, and then a signal in antiphase, which is used to eliminate the DC component of the signals. The DC component of all signals is removed and a signal with a phase shift —~— is created using summing, operational and differential amplifiers. By subtracting the signal from the detector 10 from the signal from the detector 11 divided in the second resistive divider 54 using the fifth differential amplifier 48, we obtain the first resulting signal I01 (p + 0) with a basic phase shift of 0° and without a DC component. By adding up both input signals from input of the differential amplifier 48 in the summing amplifier 40, amplifying this signal in the ratio A3 = —- ~ in the operational amplifier 50 and subtracting this signal from the signal from the sixth detector 25 in the sixth differential amplifier 51 we obtain the second resulting signal I02 φ + —) with a phase shift—without a DC component. Similarly, by subtracting the signal from the ninth detector 39 from the output signal from the operational amplifier 50 in the seventh differential amplifier 52 we obtain the fourth resulting signal I04

s fázovým posuvem a bez stejnosměrné složky. Konečně odečtením čtvrtého výsledného signálu I04 j druhého výsledného signálu (I02 ~—J v osmém diferenčním zesilovači 53 dostaneme třetí výsledný signál I03 \φ + —x—) s fázovým posuvem —-— bez stejnosměrné složky.with a phase shift and without a DC component. Finally, by subtracting the fourth resulting signal I04 j from the second resulting signal (I02 ~—J in the eighth differential amplifier 53, we obtain the third resulting signal I03 \φ + —x—) with a phase shift —-— without a DC component.

Na obr. 4 je příklad využití přímého fázového posuvu v detekční jednotce, na roz230331 díl od obr. 2, kde jsou. ortogonálně lineárně polarizované svazky všude převedeny na protiběžné kruhově (elipticky) polarizované svazky. V obr. 4 v obou větvích, vždy pro jeden pár detektorů, a to pro šestý 23 a sedmý 26 a pro osmý 36 a devátý 39 zůstávej! svazky světla asln a asbs ortogonálně lineárně polarizované pod úhlem 45°. Lineární 2/4 zpožďovací destičky dvacátá 55 (<$ = 90°, Θ = —45°) a dvacátá druhá 57 (<S = 90°, Θ = 45°) provedou přímý fázový posuv tak, že vůči základnímu signálu s nulovým fázovým posuvem 0c na druhém detektoru 10 (přičemž na třetím detektoru 11 je signál v protifázi) je na šestém detektoru 25 fázový posuv 453 (přičemž na sedmém detektoru 26 je signál vůči signálu na 25 v protifázi), čtvrtý detektor 15 dává signál posunutý o 902 (přičemž na pátém detektoru 16 je signál vůči němu v protifázi) a signál z osmého detektoru 38 má fázový p osuv 135° (přičemž na devátém detektoru 39 je signál vůči němu v protifázi). Ostatní členy polarizační optiky upravují polarizační stav tak, aby fázové posuvy a kontrast interferenčních signálů se daly postavit i v případě použití jen přibližně polarizujících děličů, prvního 6, druhého 21 a třetího 31, u kterých se však, podobně jako v předchozích případech, předpokládají stejné vlastnosti (tj. současné vrstvení).Fig. 4 shows an example of the use of direct phase shift in the detection unit, in contrast to Fig. 2, where the orthogonally linearly polarized beams are everywhere converted to counter-rotating circularly (elliptically) polarized beams. In Fig. 4, in both branches, always for one pair of detectors, namely for the sixth 23 and the seventh 26 and for the eighth 36 and the ninth 39, the light beams asln and asbs remain orthogonally linearly polarized at an angle of 45°. The twenty-second 2/4 linear delay plates 55 (<$ = 90°, Θ = —45°) and 57 (<S = 90°, Θ = 45°) perform a direct phase shift so that, with respect to the basic signal with a zero phase shift of 0 c on the second detector 10 (whereas the signal on the third detector 11 is in antiphase), the sixth detector 25 has a phase shift of 45 3 (whereas the signal on the seventh detector 26 is in antiphase with respect to the signal on 25), the fourth detector 15 gives a signal shifted by 90 2 (whereas the signal on the fifth detector 16 is in antiphase with respect to it) and the signal from the eighth detector 38 has a phase shift of 135° (whereas the signal on the ninth detector 39 is in antiphase with respect to it). The other members of the polarizing optics adjust the polarization state so that the phase shifts and contrast of the interference signals can be established even when using only approximately polarizing splitters, the first 6, the second 21 and the third 31, which, however, similarly to the previous cases, are assumed to have the same properties (i.e. simultaneous layering).

Claims (6)

pRedmětSubject 1. Způsob detekce více fázově posunutých interferenčních signálů v laserovém interferometru, např. n párů signálů v kvadrátu7Γ ře, navzájem fázově posunutých o úhel - z laserového interferometru s vysokým rozlišením a s eliminací stejnosměrné složky signálu, vyznačený tím, že na svazky světla z vlastního interferometru, přiváděné k interferenci, se postupně působí dělením intenzit, průchodem optickým prostředím s navzájem odlišnou rychlostí šíření světla ve dvou kolmých směrech a použitím polarizujícího průchodu, příp. odrazu svazků světla na optickém rozhraní, čímž se docílí změny polarizačního stavu dílčích svazků světla s požadovaným fázovým rozdílem, které po dopadu na detektory vytvářejí signály s fázovým posuvem ·.1. A method for detecting multiple phase-shifted interference signals in a laser interferometer, e.g., n pairs of signals in a quadrate 7Γver, phase-shifted relative to one another from a high-resolution laser interferometer and eliminating a DC signal component, The interference induced is gradually treated by dividing the intensities, passing through the optical medium with a different speed of light propagation in two orthogonal directions and using a polarizing passage, respectively. the reflection of the light beams at the optical interface, thereby achieving a change in the polarization state of the sub-beams with the desired phase difference, which upon impact on the detectors produces phase shift signals. 2. Zařízení k provádění způsobu detekce více fázově posunutých interferenčních signálů podle bodu 1 vyznačené tím, že obsahuje nejméně jeden kombinovaný optický člen, sestávající ze sériově řazeného přibližně nepolarizujícího děliče (6, 21, 31) a polarizujícího děliče (9, 14, 24, 29, 34, 37), mezi kterými jsou vloženy dvojlomné optické elementy, například zpožďovací destičky (7, 8, 12, 13, 20, 22, 23, 27, 28, 30, 32, 33, 35,2. An apparatus for carrying out a method for detecting a plurality of phase-shifted interference signals according to claim 1, characterized in that it comprises at least one combined optical member consisting of a series-connected approximately non-polarizing divider (6, 21, 31) and a polarizing divider (9, 14, 24). 29, 34, 37) interposed with birefringent optical elements, for example delay pads (7, 8, 12, 13, 20, 22, 23, 27, 28, 30, 32, 33, 35, VYNÁLEZUOF THE INVENTION 36, 43, 44, 45, 46, 47, 55, 56, 57, 58), případně jsou tyto dvojlomné optické elementy umístěny před přibližně nepolarizujícím děličem (8, 21, 31).36, 43, 44, 45, 46, 47, 55, 56, 57, 58), or the birefringent optical elements are located in front of an approximately non-polarizing divider (8, 21, 31). 3. Zařízení k detekci podle bodu 2 vyznačené tím, že kombinované optické členy sestávají z nejméně jednoho sériově řazeného polarizačně asymetrického optického děliče (42) a polarizujícího děliče (9, 14), mezi kterými jsou vloženy dvojlomné elementy, například zpožďovací destičky (43, 44, 45, 46, 47), případně isou tyto dvojlomné optické elementy umístěny před polarizačně asymetrickým optickým děličem (42).Detection device according to Claim 2, characterized in that the combined optical elements consist of at least one series-aligned polarization-asymmetric optical splitter (42) and a polarizing splitter (9, 14) between which birefringent elements, for example delay plates (43, 44, 45, 46, 47) or the birefringent optical elements are located in front of the polarizing asymmetric optical divider (42). 4. Zařízení k detekci podle bodů 2 a 3 vyznačené tím, že obsahuje v cestě ortogonálně lineárně polarizovaných svazků z vlastního interferometru (ao, bo) přídavnou destičku (1), případně opatřenou dielektrickou vrstvou (2).Detection device according to Claims 2 and 3, characterized in that it comprises in the path of orthogonally linearly polarized beams from its own interferometer (ao, bo) an additional plate (1), optionally provided with a dielectric layer (2). 5. Zařízení k detekci podle bodů 2, 3 a 4 vyznačené tím, že výstupy čtvrtého a pátého detektoru (15. 16) jsou připojeny na vstup prvního diferenčního zesilovače (17).Detection device according to Claims 2, 3 and 4, characterized in that the outputs of the fourth and fifth detectors (15, 16) are connected to the input of the first differential amplifier (17). 6. Zařízení k detekci podle bodů 2, 3 a 4 vyznačené tím, že výstupy druhého a třetího, šestého a devátého detektoru (10, 11, 25, 39) jsou připojeny přes odporový dělič (54) na vstupy součtových a diferenčních zesilovačů (48, 49, 50, 51, 52, 53).6. A detection device according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the outputs of the second and third, sixth and ninth detectors (10, 11, 25, 39) are connected via a resistive divider (54) to the inputs of the summation and differential amplifiers (48). 49, 50, 51, 52, 53).
CS755682A 1982-10-25 1982-10-25 A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer CS230331B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS755682A CS230331B1 (en) 1982-10-25 1982-10-25 A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS755682A CS230331B1 (en) 1982-10-25 1982-10-25 A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS230331B1 true CS230331B1 (en) 1984-08-13

Family

ID=5424941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS755682A CS230331B1 (en) 1982-10-25 1982-10-25 A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS230331B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19635907C2 (en) Method for measuring the phase difference between two orthogonally polarized components of a test beam and homodyne interferometer receiver device for carrying out the method
US3728030A (en) Polarization interferometer
CN102175141B (en) Double-channel single-frequency laser interferometer
CN108168465A (en) A kind of light path laser heterodyne interferometry roll angle high precision measuring device and method altogether
CN102538961B (en) Method and device for detecting orbital angular momentum of spiral light beam by utilizing combined half-wave plate
US4512661A (en) Dual differential interferometer
EP1004862A2 (en) Polarimeter
CN104964649B (en) Grating beam splitting formula simultaneous phase-shifting interferometric measuring means and method
CN106338333A (en) High-robustness homodyne laser vibration measurer based on wave plate yawing and four-step adjustment method thereof
EP0200978A1 (en) Static interferometric ellipsometer
CN105547480A (en) High-throughput birefringence interference imaging spectrum device
CN101634594B (en) Beam splitter phase measurement device
CN106248195A (en) The high robust homodyne laser vibration measurer of additional phase shift compensation and four steppings
Toussaint Jr et al. Quantum ellipsometry using correlated-photon beams
JP2003294531A (en) Polarized wave analyzer
CS230331B1 (en) A method and apparatus for detecting multiple phase shifted interference signals in a laser interferometer
CN120488964A (en) Three-channel homodyne interferometer signal processing device and method for inhibiting non-orthogonal errors
JP3413945B2 (en) Fringe counting displacement interferometer
CN105136022B (en) The high optics sub-structure of auto-collimation grating interferometer
CN105180800B (en) The high optics sub-structure of auto-collimation grating interferometer
JP2000501178A (en) Method and apparatus for measuring measurands, especially currents, with high measurement resolution
Okoomian A two-beam polarization technique to measure optical phase
Chen et al. An orthogonal return method for linearly polarized beam based on the Faraday effect and its application in interferometer
JPH05203408A (en) Phase difference detector
CS204515B1 (en) Method of making the interference field of the light bundles and laser interferometer for executing the said method