CS238145B1 - Diferenční laserový interferometr - Google Patents

Abstract

Diferenční laserový interferometr sestává ze zdroje světlafA), dělicí jednotky (b), zpětného odrazného systému(C)a detekčního systému (D). Podstatou řešení je, že dělicí jednotka('B) obsahuje v každé cestě svazků světla polarizující děliče(3, 5, 13, 16, 18, 22, 23), nejméně jeden koutový odražeč[7, 8, 14) a polarizační elementy, přičemž zpětný odrazný systém(c)je tvořen nejméně jedním odražečemUl, 15) v každé cestě svazků světla. Interferometr je určen pro měření geometrických veličin jako přímosti, kolmosti apod.

Description

(54) Diferenční laserový interferometr

Diferenční laserový interferometr sestává ze zdroje světlafA), dělicí jednotky (b), zpětného odrazného systému(C)a detekčního systému (D).

Podstatou řešení je, že dělicí jednotka('B) obsahuje v každé cestě svazků světla polarizující děliče(3, 5, 13, 16, 18, 22,

23), nejméně jeden koutový odražeč[7, 8, 14) a polarizační elementy, přičemž zpětný odrazný systém(c)je tvořen nejméně jedním odražečemUl, 15) v každé cestě svazků světla.

Interferometr je určen pro měření geometrických veličin jako přímosti, kolmosti apod.

Vynález se týká diferenčního laserového interferometru, pracujícího s ortogonálně lineárně polarizovanými svazky světla.

Laserový interferometr, který používá jedinou vlnovou délku světla laseru, tj. jedinou frekvenci ze spektra světelného záření, sestává ze zdroje světla, a to jednoírekvenčního laseru s lineárně polarizovaným zářením, z dělicí jednotky, pevného zpětného odrazného systému, posuvného zpětného odrazného systému a detekčního systému.

U dosavadního typu diferenčního laserového interferometru je dělicí jednotka tvořena dělicí deskou nebo polarizujícím děličem spolu s pevně připojeným odrazným zrcadlem a zpětný odrazný systém je tvořen obvykle koutovými odražeči.

Nevýhodou tohoto uspořádání diferenčního interferometru je, že prakticky nedovoluje posuv zpětného odrazného systému v rovině kolmé k ose svazků světla a zpětný odrazný systém musí být tvořen soustavou speciálních zpětných odraženu.

Tyto nevýhody odstraňuje diferenční laserový interferometr, sestávající ze zdroje světla, dělicí jednotky, zpětného odrazného systému a detekčního systému, jehož podstatou je, že dělicí jednotka obsahuje v každé cestě svazků světla, jak referenčního, tak měřicího, polarizující děliče, nejméně jeden koutový odražeč a polarizační elementy, například lineární zpožňovací destičky, přičemž zpětný odrazný systém je tvořen nejméně jedním rovinným odražečem v každé cestě, svazků světla.

Polarizační děliče obsahují polarizující dělicí roviny, které spolu svírají zvolený úhel, například 80 až 100°.

Hlavní výhodou nového typu diferenčního interferometru je, že použití rovinných odrazných ploch ve zpětném odrazném systému umožňuje pohyb zpětného odrazného systému nejen ve směru osy svazku paprsků, ale i v rovině kolmé k ose svazku paprsků, aniž by byla znemožněnu funkce interferometru.

Tato skutečnost umožní nová použití tohoto typu interferometru. Uspořádání diferenčního interferometru využívá vlastností polarizujících děličů v kombinaci s polarizačními elementy, a to tak, že například referenční svazek světla vystupuje z dělicí jednotky a vrací se od rovinného odrazného systému ve stejné ose a podobné tomu je u měřicího svazku, který může být rovnoběžný a nebo pod určitým úhlem ke svazku referenčnímu.

U referenčního, resp. u měřicího svazku světla působením dvojnásobného průchodu λ/4 lineární zpožáovací destičkou dochází k otočení roviny kmitů o 90°, takže se tyto svazky mohou odrážet a procházet polarizujícími děliči.

Vynález blíže objasní přiložené výkresy, kde na obr. la a 2a jsou uvedena principiální uspořádání diferenčních interferometrů, obr. lb a 2b představují praktická provedení polarizu jících děličů s dělicími rovinami, a na obr. lc je zobrazeno uspořádání diferenčního interferometru a jedním koutovým odražečem v druhé tzv. referenční větvi interferometru.

Diferenční laserový interferometr je rozčleněn na čtyři hlavní části, a to zdroj světla A, dělicí jednotku B, zpětný odrazný systém C a detekční systém D. Zdroj světla A podle obr. la, sestává z laseru _1» ^v jehož svazku světla je umístěna λ/2 lineární zpoždovací destička 2, první a druhý polarizující dělič 2 ^a 5. s první a druhou polarizující dělící rovinou 4 a 6, první a druhý koutový odražeč T. ^a 2.» první a druhá λ/4 lineární zpoždovací destička' 9 a 11, první rovinný zpětný odražeč 11 a detekční jednotka 12.

Na obr, lb je příklad praktického provedení diferenčního interferometru, podle principu podle obr. la, přičemž třetí polarizující dělič 13 s polarizujícími dělicími rovinami _4 ^a £ sestává ze základního pravoúhlého hranolu 13 s polarizujícími dělicími rovinami £ a k němuž jsou přitmeleny první a druhý pomocný pravoúhlý hranol 13 a 13Uspořádání interferometru podle obr. lc se liší pouze tím, že v cestě měřicího svazku interferometru je kromě druhého koutového odražeče _8 zařazen ještě třetí koutový odražeč 14 a zpětný odrazný systém sestává z prvého rovinného odražeče 11 a druhého rovinného odražeče 15.

Sestava diferenčního laserového Interferometru podle obr. 2a je obdobná. Rozdíl je v použití odlišných typů polarizujících děličů; jsou to čtvrtý a pátý polarizující dělič 16 a 13 se čtvrtou a pátou polarizující dělicí rovinou 17 a 19 a zpětný odrazný systém je tvořen prvním a druhým rovinným odražeěem 11 a 15.

Obr. 2b představuje opět praktické provedení principiálního uspořádání na obr. 2a. Odkláněcí hranoly 20 a 21 a polarizující děliče 16 a 18 nahrazuje jediný konstrukční celek, vytvořený z šestého a sedmého polarizujícího děliče 22 a 23.

Funkce diferenčního laserového interferometru podle obr. la je následující:

Z laseru 2 vychází lineárně polarizovaný svazek světla s rovinou kmitů světla bud v rovině nákresny, resp. v rovině dopadu nebo kolmo k ní. A/2 lineární zpoždovací destička otočí rovinu kmitů o 45°, takže v prvním polarizujícím děliči 2 ^s první polarizující dělicí rovinou 4 dojde k rozdělení svazku na dva, jejichž roviny kmitů jsou vůči sobě o 90° otočené, z nichž jeden zvolíme jako referenční a druhý jako měřicí.

Odražený svazek s rovinou kmitů kolmo k rovině dopadu zvolme například za referenční. Tento přichází na první koutový odražeč Ί_ a odražen od něj dopadá na na druhou polarizující dělicí rovinu 6. druhého polarizujícího děliče 3_, odkud se odráží s nezměněnou rovinou kmitů směrem na zpětný odrazný systém 11 s prvním rovinným· odražeěem, kde předřazená druhá λ/4 lineární zpoždovací destička 10 způsobí, že průchodem svazku světla tam a zpět dochází k otočení roviny kmitů o 90°, takže svazek světla může dále projít druhým polarizujícím děličem 2 s druhou dělicí polarizující rovinou 2 ^až čo detekční jednotky 12.

Svazek měřicí, procházející prvním polarizujícím děličem 2 ^s první polarizující dělicí rovinou £, jehož rovina kmitů je rovnoběžná s rovinou dopadu, dopadá nejprve po průchodu první λ/4 lineární zpoždovací destičkou 2 ^na zpětný odrazný systém s prvním rovinným odražečem 11 a po odrazu a novém průchodu první A/4 lineární zpoždovací destičkou 2 má rovinu kmitů otočenou o 90°, takže se může odrazit od první polarizující dělicí roviny £ prvního polarizujícího děliče 2 ^na druhý koutový odražeč 2 ^a odražen od něj se odrazí od druhé polarizující dělicí roviny 2 druhého polarizujícího děliče 2 přímo do-detekční jednotky 12.

Do detekční jednotky 12 takto dopadají dva svazky, referenční a měřicí, jejich roviny kmitů jsou vůči sobě o 90° otočené. Detekce interferenčních signálů je popsána například v JMO,' 25, 1980, č. 9, s. 259-267.

Na obr. lc otočí třetí koutový odražeč 14 směr měřicího svazku paprsků o 180°, takže rovinné odrazné plochy prvního a druhého rovinného odražeče 11 a 15 jsou uspořádány proti sobě.

Pokud první a druhý rovinný odražeč 21» 15 jsou sjednoceny v jeden celek, potom interferometr může být použit jako lineární interferometr. Jsou možná též další uspořádání interferometru, kde referenční a měřicí svazek jsou navzájem kolmé apod.

Funkce diferenčního laserového interferometru podle obr. 2a je shodná 3 funkcí diferenčního laserového interferometru na obr. la a lb. Každý z nich však slouží jinému účelu. Poněvadž interferometr pracuje s dvojicí referenčního a měřicího svazku, které nejsou rovnoběžné, nýbrž svírají spolu určitý ostrý úhel, musí být za výstupem z laseru 2 umístěn první odkláněcí hranol 20 a stejně tak před vstup do detekční jednotky 12 druhý odkláněcí hranol 21.

Polarizující děliče 16 a 18 s polarizujícími dělicími rovinami 17 a 19 mají svůj geometrický tvar přizpůsobený průchodu a odrazu referenčního a měřicího svazku. Zpětný odrazný systém sestává z prvého a druhého rovinného odražeče 11, 15.

Na obr. 2b je jedna z možných variant praktického uspořádání interferometru, kde k dělení svazků slouží šestý a sedmý polarizující dělič 22 a 23 se čtvrtou a pátou polarizující dělicí rovinou 17 a 19.

Zdrojem světla je laser _1 s vysokou koherencí, například jednofrekvenční laser nebo dvoufrekvenční laser se Zeemanovým rozštěpením aktivní linie apod.

Diferenční laserový interferometr se zpětným odrazným systémem s rovinnými odrážecí slouží k měření geometrických veličin jako je přímost, kolmost, přímočarost apod.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Diferenční laserový interferometr, sestávající ze zdroje světla, dělicí jednotky, zpětného odrazného systému a detekčního systému, vyznačený tím, že dělicí jednotka /B/ obsa huje v každé cestě jak referenčního, tak měřicího svazku světla polarizující děliče /3, 5, 13, 16, 22, 23/, nejméně jeden koutový odražeč /7, 8, 14/ a polarizační elementy tvořené například lineárními zpožďovacími destičkami /9, 10/, přičemž zpětný odrazný systém /0/.

je tvořen nejméně jedním rovinným odražečem /11, 15/ v každé cestě svazků světla.

2. Diferenční laserový interferometr podle bodu 1, vyznačený tím, že polarizační děliče /3, 5, 13, 16, 18, 22, 23/ obsahují polarizující dělicí roviny /4, 6, 17, 19/, které spo lu svírají zvolený úhel, například 80 až 100°.