SU1587328A1

SU1587328A1 - Interferometer for measuring distances

Info

Publication number: SU1587328A1
Application number: SU884499586A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Бычков; Николай Лаврентьевич Городишенин; Андрей Владимирович Карцев; Максим Николаевич Коваленко; Евгений Федорович Титков; Сергей Вячеславович Черепица
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-08-23

Abstract

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в прецизионных измерени х на основе лазерной интерферометрии. Целью изобретени вл етс расширение диапазона измерений за счет исключени вли ни ограниченности длины когерентности источника света. Излучение от лазера 1, пройд через первую четвертьволновую пластинку 2, становитс циркул рно пол ризованным, и двулучепреломл ющий кристалл 3, работающий в четвертьволновом режиме, под воздействием гармонического сигнала от СВЧ-генератора 10 трансформирует пол ризацию в линейную, ориентаци которой поворачиваетс по гармоническому закону. Отразившись от зеркала 6, закрепленного на контролируемом объекте, излучение попадает на дополнительный двулучепреломл ющий кристалл 8, после чего расщепл етс призмой Волластона. 1 ил.The invention relates to instrumentation technology and can be used in precision measurements based on laser interferometry. The aim of the invention is to expand the measurement range by eliminating the effect of the limited coherence length of the light source. The radiation from laser 1, passing through the first quarter-wave plate 2, becomes circularly polarized, and the birefringent crystal 3, operating in a quarter-wave mode, under the influence of a harmonic signal from the microwave generator 10 transforms the polarization into a linear one whose orientation rotates according to a harmonic law . Having reflected from the mirror 6 fixed on the controlled object, the radiation falls on an additional birefringent crystal 8, after which it is split by a Wollaston prism. 1 il.

Description

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при прецизионных измерениях расстояний на основе лазерной интерферометрии.The invention relates to a measurement technique and can be used for precision distance measurements based on laser interferometry.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет исключения влияния ограниченности длины когерентности источника света.The purpose of the invention is the expansion of the measurement range by eliminating the influence of the limited length of the coherence of the light source.

На чертеже изображена функциональная схема интерферометра.The drawing shows a functional diagram of an interferometer.

Интерферометр содержит источник света, выполненный в виде лазера 1, первую четвертьволновую пластинку 2, первый двулучепреломляющий кристалл 3, полупрозрачное зеркало 4, коллиматор 5, зеркала 6 и 7, дополнительный двулучепреломляющий кристалл 8. вторую четвертьволновую пластинку 9, СВЧ-генератор 10, выход которого соединен с кристаллами 3 и 8, призму 11 Валастона, фотоприемники 12 и 13, выходы которых подключены к входу фазового детектора 14, являющегося блоком измерения отношения сигналов.The interferometer contains a light source made in the form of a laser 1, a first quarter-wave plate 2, a first birefringent crystal 3, a translucent mirror 4, a collimator 5, mirrors 6 and 7, an additional birefringent crystal 8. a second quarter-wave plate 9, a microwave generator 10, the output of which connected to crystals 3 and 8, the prism 11 of Valaston, photodetectors 12 and 13, the outputs of which are connected to the input of the phase detector 14, which is a unit for measuring the signal ratio.

Интерферометр работает следующим образом.The interferometer operates as follows.

Плоскополяризованное излучение лазера 1 после прохождения первой четвертьволновой пластинки 2, установленной под углом 45° к плоскости поляризации лазера 1, становится циркулярно поляризованным. Кристалл 3, работающий в четвертьволновом режиме, под воздействием гармонического сигнала генератора 10 трансформирует циркулярную поляризацию падающего на него излучения в линейную поляризацию, ориентация которой поворачивается по гармоническому закону с частотой, равной удвоенной частоте СВЧколебаний генератора 10. Далее лазерное излучение с вращающейся плоскостью поляризации проходит полупрозрачное делительное зеркало 4 . и сквозь коллиматор 5 падает на подвижное зеркало 6.The plane-polarized radiation of the laser 1 after passing through the first quarter-wave plate 2, installed at an angle of 45 ° to the plane of polarization of the laser 1, becomes circularly polarized. A crystal 3 operating in a quarter-wave mode, under the influence of the harmonic signal of the generator 10, transforms the circular polarization of the radiation incident on it into a linear polarization, the orientation of which rotates in harmonic law with a frequency equal to twice the frequency of the microwave oscillations of the generator 10. Next, the laser radiation with a rotating plane of polarization passes translucent dividing mirror 4. and through the collimator 5 falls onto the movable mirror 6.

После отражения от зеркала 6, пройдя через коллиматор 5 и отразившись последовательно от зеркал 4 и 7, излучение проходит через дополнительный кристалл 8, работающий в четвертьволновом режиме. Состояние поляризации излучения на выходе из кристалла 8 определяется с помощью второй четверьволновой пластинки 9 и призмой 11 Валастона излучение расщепляется на две взаимные ортогональные ли¹ нейно поляризованные компоненты, интенсивность которых измеряется двумя фотоприемниками 12 и 13. Фаза между сигналами с фотоприемников 12 и 13 определяется с помощью фазового детектора 14, представляющего собой электронное уст ройство для измерения отношения интенсивности двух сигналов.After reflection from mirror 6, passing through the collimator 5 and reflected sequentially from mirrors 4 and 7, the radiation passes through an additional crystal 8 operating in a quarter-wave mode. The polarization state of the radiation at the exit from crystal 8 is determined using the second four-wavelength plate 9 and the Valaston prism 11, the radiation is split into two mutual orthogonal or ¹ linearly polarized components, the intensity of which is measured by two photodetectors 12 and 13. The phase between the signals from photodetectors 12 and 13 is determined with using a phase detector 14, which is an electronic device for measuring the intensity ratio of two signals.

Максимальное отношение двух сигналов с фотоприемников 12 и 13 будет при 5 длине оптического пути коллиматор 5 - зеркало 6 - коллиматор 5. кратной длине волны вращения плоскости поляризации лазерного излучения. Измеряемое расстояние L определяется соотношением ¹⁰ L =4Т— (N +-£-) + К.The maximum ratio of two signals from the photodetectors 12 and 13 will be at 5 optical path lengths of the collimator 5 — mirror 6 — collimator 5. multiple to the rotation wavelength of the plane of polarization of the laser radiation. The measured distance L is determined by the ratio ¹⁰ L = 4T— (N + - £ -) + K.

η \ 2л/ где N - целое число, известное из приближенного значения расстояния L;η \ 2l / where N is an integer known from the approximate value of the distance L;

Т = 1 /f, f - частота колебаний СВЧ-гене15 ратора:T = 1 / f, f is the oscillation frequency of the microwave generator15:

η - показатель преломления среды (например, воздуха):η is the refractive index of the medium (for example, air):

с - скорость света в вакууме:C is the speed of light in vacuum:

φ= arctg I1/I2, h и I2 - интенсивности 20 сигналов с фотоприемников 12 и 13:φ = arctan I1 / I2, h and I2 are the intensities of 20 signals from photodetectors 12 and 13:

К- постоянная интерферометра.K is the constant of the interferometer.

При использовании интерферометра отпадает необходимость в применении высокостабилизированных источников лазер25 ного излучения с длиной когерентности порядка длин базы интерферометра. Точность измерения зависит только от точности частоты СВЧ-генератора и точности регистрации фазы φ и может составлять порядок 30 10'⁵ относительных единиц.When using an interferometer, there is no need to use highly stabilized sources of laser radiation with a coherence length of the order of the base length of the interferometer. The measurement accuracy depends only on the accuracy of the frequency of the microwave generator and the accuracy of phase detection φ and can be about 30 10 ' ⁵ relative units.

Claims

Claim

An interferometer for measuring distances, comprising a light source, sequentially installed along the radiation 35, a birefringent crystal, a translucent mirror, a collimator, a mirror mounted for movement along the radiation direction, and a photodetector. a signal ratio measuring unit 40 and a microwave generator, the output of which is electrically connected to the crystal, characterized in that, in order to expand the measuring range, the interferometer is equipped with 45 first and second quarter-wave plates, an additional birefringent crystal, an additional photodetector and a Valaston prism, the first quarter-wave plate placed between the light source and the birefringent 50 crystal, an additional birefringent crystal, the second quarter-wave plate and the Valast prism to set up in series along the radiation between the semitransparent mirror and the photodetector, an additional photodetector 55 is placed further downstream of the divided prism Valastona radiation, and an additional birefringent crystal is electrically connected to the output of the microwave generator.