CS231247B1 - Optická soustava detekční jednotky v laserovém interferometru - Google Patents

Abstract

Soustava sestává z přibližně nepolarizujícího děliče e polarizujících děličů umístěných v každém z rozdělených svazků světla. Podstatou soustavy je, že polarizující děliče jsou v prostoru orientovány vůči sobě* pod úhlem 03 = are tg kde Rz a R„ jsou odrazivosti přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmé a rovnoběžné k rovině dopadu dopadajícího svazku světla. Optická soustava je určena zejména pro detekci interferenčních signálů v laserovém interferometru.

Description

(54) Optická soustava detekční jednotky v laserovém interferometru

Soustava sestává z přibližně nepolarizujícího děliče e polarizujících děličů umístěných v každém z rozdělených svazků světla.

Podstatou soustavy je, že polarizující děliče jsou v prostoru orientovány vůči sobě* pod úhlem

0₃ = are tg kde Rz a R„ jsou odrazivosti přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmé a rovnoběžné k rovině dopadu dopadajícího svazku světla.

Optická soustava je určena zejména pro detekci interferenčních signálů v laserovém interferometru.

23,247

Vynález se týká optická soustavy detekční jednotky v laserovém interferometru určená pro detekci interferenčních signálů.

Laserový interferometru sestává principiálně ze zdroje záření, kterým je jednofrekvenční laser, vlastního interferometru a detekční jednotky, v níž se získávají interferenční signály z výstupního svazku světla z vlastního interferometru, obsahující informaci o smyslu pohybu vlnoploch obou interferujících svazků světla mezi sebou. Pro získání dvou signálů v kvadratuře se obvykle používá interference dvou kruhově polarizovaných svazků světla opačná orientace, z nichž se vyberou vhodná kmitosměry svazků světla, které dopadají na detektory.

Dosavadní uspořádání detekčních jednotek používá obvykle dělicích destiček s tzv. přibližně nepolarizujícími vrstvami, která rozdělí svazky paprsků, vystupující z interferometru a výběr vhodných kmitosměrů se v každém rozděleném svazku provede pomocí polarizačního filtru, za kterým jsou umístěny detektory. Nevýhodou tohoto uspořádání jo, žo polarizační filtry mají značné ztráty a zeslabí svazky paprsků, dopadajících na detektory. Použití polarizačních filtrů tzn. polarizátorů má dále nevýhodu, v tom, že pouze potlačí a nedovolí využít ortogonální složky kruhově polarizovaných svazků, vystupujících z interferometru.

Z obou těchto důvodů je účinnost dělení v dosavadním uspořádání detekčních jednotek malá. Dosavadní detekční jednotky nejsou rovněž universální a nedovolují použiti interferometrů, pracujících s ortogonálními lineárně polarizovanými svazky světla.

Značného zlepšení uspořádání detekční jednotky ee dosáhne použitím Ideálně nepolarizujícího děliče (R„ - R₂, T, = T₄, = 0) a polarizujících děličů, která jsou vůči sobě natočeny o úhel 49° v prostoru. Ideálně nepolarizující dělič so dá jen velmi obtížně realizovat. Daleko snáze lze vyrobit přibližně nepolarizující dělič. Polarizující děliče je potom nutné natočit vůči sobě o úhel jiný než 45°, a oba polarizující dělič· musí být vhodně orientovány vůči děliči přibližně nepolarizujícímu. Rovina dopadu svazku světla přibližně nepolarizujícího děliče a jednoho z polarizujících děličů musí být shodná.

Dosavadní nevýhody tedy odstraňuje optická soustava detekční jednotky v laserovém interferometru, sestávající z přibližně nepolarizujícího děliče a polarizujících děličů, umístěných v každém z rozdělených svazků světla, jejíž podstatou vynálezu je to, že polarizující děliče jsou v prostoru vůči sobě orientovány pod úhlem θ= are tg l/w⁴· , y ^Λ n kde Rj a S, jsou odrazivostí přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmá a rovnoběžná k rovině dopadu dopadajícího svazku světla.

Předností optické soustavy detekční jednotky podle vynálezu je, že neklade vysoká nároky na parametry optických elementů, celková uspořádání je jednoduchá a poskytuje plný kontrast interferenčních signálů.

Vynález blíže objasňuje přiložený výkres, na němž je vysvětlen princip funkce navržená detekční jednotky.

Sjednocená svazky fi fi, referenční a měřicí, vystupující z vlastního interferometru, jsou bud ortogonálně lineárně polarizovaná nebo kruhově polarizovaná opačná orientace.

V prvém případě lineárně polarizovaných svazků je na vstupu detekční jednotky potřebná čtvrtvlnná zpoždovecí destička £, která vytváří z referenčního, resp. měřicího svazku kruhově polarizované světlo s opačnou orientací pro referenční, resp. mfiřicí svazek.

Vyjádříme referenční, resp. měřicí svazek, která jsou ortogonálně lineárně polarizovány po výstupu z vlastního interferometru, Jonesovým vektorem:

ε

kde Ε) je elektrický vektor referenčního svazku a,

E₂ * K,e^i<’ lE-j je elektrický vektor měřicího svazku £.

Pro vrstvy přibližně nepolarizujícího děliče 2 předpokládáme, že platí:

R„ = Tj ; Rj = T „ ; - s„ = ( h - ϊ„ - 180°) = 0, kde R„ , Rj je odrazivost přibližně nepolarizujícího děliče 2 pro složku záření rovnoběžnou, resp. kolmou k rovině dopadu,

T„ , Tj je propustnost přibližně nepolarizujícího děliče 3 pro složku záření rovnoběžnou, resp. kolmou k rovině dopadu, á_B, J-_R, je fázový posuv na odraz, resp. průchod.

Tato podmínka zajiětuje, že světlo propuštěné i odražené přibližně nepolarizujícím děličem bude mít stejnou intenzitu, přičemž azimut tohoto vytvořeného elipticky polarizovaného světle bude 0° nebo 90°.

Pro první svazek a) ti světla procházející přibližně nepolarizujícím děličem 2, který je dále odrážen polarizujícím děličem platí:

e¹!“ ,5T ύ e¹2 • AT

Λ2.	Ί i”	X
2	_i 1 _	-Λ-

E, £ 1 - K₁ (sin v, + cos é, )J 0 kde Jonesovy matice pro: polarizující dělič J:

H OH Lo oJ přibližně nepolarizující dělič í na průchod:

čtvrtvlnnou zpožďovací destičku 2:

^ei2 _r 0 0 1|T, e^_iT

G P 2 Li iJ

Pak intenzita světla na detektoru £ je:

I₂ = A² [i + K² - 2 K² sin «>,] kde A je amplituda elektrické složky pole pro K, = 1:

i₂ = A² [i - sin <p,]

Pro druhý svazek g₂ £₂ světla odražený přibližně nepolarizujícím děličem který prochází polarizujícím děličem platí:

~C2 C2SÍ	-fRx ei_7 0 -	β	'1 Γ		-E,-
-c2s2 s2 _	r 0 <R, e_12	2	.i 1.		-E2-

C² βχ e¹“ (Ε, + iE2) + C₂S₂ β„ e^_iT <E2 + i E, .C?S2 Οχ e¹^ (E. + iE2) + S² O,, e^_i^ ^(E2 ^{+ iE}1 > _ kde: C₂ = cos &y S₂ = sin Sj jsou cos a sin azimutálního úhlu roviny propustnosti polarizujícího děliče £ a Jonesovy matice pro: polarizující dělič 1 ^rc^{2 C}2 ^c2s₂pod úhlem ©y .C₂s₂ s₂ a přibližně nepolarizující dělič £ na odraz:

Za předpokladu _8r-> 0, K, = 0 a platí-li pro natočení polarizujícího děliče

0-, = are tg

Ba a dále dostaneme pro intenzitu na detektoru £,:

(R„ + r₂) . R_x Cg ₂ .

+ cos <p,) kde A je amplituda elektrické složky pole.

Oba signály I, a I₂ jsou interferujících svazků světla tedy v kvadratuře a za předpokladu stejných intenzit obou (Κ, = 1) mají plný kontrast.

Na obrázku je praktický příklad provedení. Předpokládáme pravoúhlý souřadný systém xvz. kde osa £ je osou šíření svazku světla a roviny kmitů referenčního a měřicího svazku spadají do os 2, resp. y. V cestě sjednoceného svazku g £ světla z' vlastního interferometru je vložena čtvrtvlnná zpožďovací destička J. a za ní přibližně nepolarizující dělič £. Propuštěný svazek jako první rozdělený svazek g, i, světla dopadá na první polarizující dělič 2 a jeho odražená část, tj. třetí svazek gj £3 přichází na první detektor £. Druhý rozdělený svazek g₂ světla odražený od přibližně nepolarizujícího děliče 2, dopadá na druhý polarizující dělič £, který je natočený kolem osy svazku o úhel vůči ose 4 a jeho propuštěná část, tj. čtvrtý svazek g₄ přichází na druhý detektor 6.

Funkce detekční jednotky podle obrázku je následující: Sjednocený svazek g & z vlastního interferometru obsahuje v sobě referenční svazek g a měřicí svazek £, které jsou ortogonálně lineárně polarizovány a mají společnou osu šíření. Předpokládáme-li pravoúhlý souřadný systém xvz. je osou šíření sjednoceného svazku g £ světla osa g. Vektory elektrického pole referenčního a měřicího svazku g £ světla spadají do os 2> resp. y. čtvrtvlnná zpožďovací destička 1 vytváří při azimutu θ= 45° z referenčního, resp. měřicího svazku s azimutem 0®, resp. 90° kruhově polarizované světlo s opačnou orientací pro referenční, resp. měřicí svazek g Průchodem a odrazem od přibližně nepolarizujícího děliče £ vzniká eliptic Ky polarizovaná světlo opačné orientace, jak pro první svazek g, , tak i pro druhý rozdě5

23,247 lený svazek fl₂ ÍÍ2 ^světla' dodržení podmínek pro přibližně nepolarisujlcí dělič j*:

R„=T₁₍ R_x = T „ , «_x- «„ = ( - J·, - ,80°) = 0 bude mít světlo propuštěné i odražené přibližně nepolarizujícím děličem 2 stejnou intensitu přičemž azimut tohoto vytvořeného elipticky polarizovaného světla bude 0° nebo 90° dle parametrů děliče. První rozdělený svazek a, fcj světla se dělí déle na prvním polarizujícím děliči J a jeho odražené část, tj. třetí svazek a₃ fc₃ vytvéří dopadem na první detektor £ základní elektrický signál s nulovou fází. Elektrický signál v kvadratuře se získává z druhého detektoru í, na který dopadá část tvořící čtvrtý svazek £4 Í4 druhého rozděleného svaz ku £₂ &2 ^světla propuštěná druhým polarizujícím děličem 1, otočným kolem svá osy a nastaveným na úhel

vůči prvnímu polarizujícímu děliči J. Přitom je dosaženo plného kontrastu u obou signálů.

Optická soustava je určena zejména pro detekci interferenčních sijpiálů v laserovém interferometru.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Optická soustava detekční jednotky v laserovém interferometru, sestávající z přibližně nepolarizujícího děliče a polarizujících děličů, umístěných v každém z rozdělených svazků světla, vyznačená tím, Že polarizující děliče (3, 4) jsou v prostoru vůči sobě orientovány pod úhlem e, = are kde Ri a R „ jsou odrazivosti přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmá a rovnoběžné k rovině dopadu dopadajícího svazku světla.