SU1716314A1 - Квазиоптический двухлучевой интерферометр Латышева - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано дл  измерени  амплитуд и фаз коэффициентов пропускани  и отражени  объектов. Цель изобретени  - увеличение точности измерений и диапазона изменени  измер емых величин за счет устранени  смещени  оси пучков излучени  при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра. Пучок излучени  поступает на делитель 1 и раздел етс  на два плеча - измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а затем подаетс  на отражатель 5, установленный с возможностью перемещени  нор- мально к падающему на него пучку. Направленный ответвитель может быть выполнен в различных вариантах, например в виде полупрозрачного зеркала или одномерной проволочной сетки и пол роида, причем плоскость пол ризации пол роида наклонена по отношению к соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный 90°. Отразившись от отражател  5, излучение проходит через направленный ответеи- тель 6 и поступает на сумматор 3, где интерферирует с пучком, прошедшим через объект 7, и отражатель 2, установленные в измерительном плече. Разность хода пучков , вносима  объектом 7, компенсируетс  путем перемещени  отражател  5, Возможно также выполнение направленного ответ- вител  и отражател  в виде проволочной сетки и уголкового отражател  соответственно , установленных таким образом, что ребро отражател  лежит на оси пучка излучени , перпендикул рно ей и наклонено от- носительно плоскости, определ емой направлением сетки и осью пучка излучени . 2 з.п. ф-лы, 5 ил. 7 (Л С о W

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к интерферометрам миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, и может быть использовано дл  измерени  амплитуд и фаз коэффициентов пропускани  и отражени  объектов.

Цель изобретени  - увеличение точности измерений и расширение диапазона изменени  измер емых величин за счет устранени  смещени  оси пучков излучени  при изменении разности хода в одном из плеч интерферометра.

На фиг. 1 изображена блок-схема квазиоптического двухлучевого интерферометра; на фиг. 2-4- узел компенсатора интерфе- рометра, примеры выполнени ; на фиг. 5 - схема трехплечевого двухлучевого интерферометра .

Квазиоптический двухлучевой интерферометр содержит делитель 1 пучка излуче- ни , выполненный, например, в виде полупрозрачного зеркала, отражатель 2, установленный в измерительном плече, сумматор 3 пучков излучени , выполненный, например, аналогично делителю 1, узел 4 компенсатора, выполненный в виде отражател  5, установленного с возможностью точ- ного перемещени , и направленного ответвител  6. Дл  измерени  характеристик объекта 7 на пропускание его уста- навливают в измерительной ветви между делителем 1 и отражателем 2.

В узле компенсатора направленный от- ветвитель может быть выполнен в виде проволочной сетки 8 и пол роида 9 (фиг. 3) или в виде плоской наклонной одномерной сетки 8, в данном случае используют уголковый отражатель 10 (фиг. 4).

Трехплечевой двухлучевой интерферометр (фиг. 5) содержит дополнительно вто- рой делитель 11, второй сумматор 12, второй направленный ответвитель 13, неподвижное зеркало 14, второй отражатель 15, установленный с возможностью перемещени , и третий делитель 16 излучени ,

Квазиоптический двухлучевой интерферометр работает следующим образом.

Пучок излучени  поступает на делитель 1 и раздел етс  на два плеча - измерительное и опорное. В опорном плече излучение поступает в направленный ответвитель 6, а затем подаетс  на отражатель 5. Отразившись от него, излучение возвращаетс  на ответвитель 6 и полностью или частично в зависимости от конструкции поступает на сумматор 3. В измерительном плече излучение , прошедшее сквозь объект, отражаетс  отражателем 2 и также поступает на сумматор 3, где пучки интерферируют. Дл  изменени  длины пути в опорном плече перемещают отражатель 5 вдоль оси падающего на него излучени , при этом смещени  оси пучка на сумматоре 3 не происходит.

Измерение фазы коэффициента пропускани  с помощью предлагаемого интерферометра осуществл етс  следующим образом,

В пустом интерферометре (без объекта 7) перемещением отражател  5 добиваютс  минимального сигнала на выходе интерферометра и фиксируют положение отражател  5. Затем помещают измер емый объект 7 внутрь интерферометра в измерительное плечо, а внесенную объектом разность хода компенсируют сдвигом отражател  5, т.е. вновь настраиваютс  на минимум сигнала, а фазу вычисл ют по разности зафиксированных положений отражател  5, соответствующих минимуму сигнала на выходе интерферометра с объектом 7 и без него.

В примере выполнени  узла компенсатора интерферометра, показанном на фиг. 2, направленный ответвитель 6 представл ет собой полупрозрачное зеркало (фиг. 2) или светоделительный кубик. Этот узел работает следующим образом.

Излучение из опорного плеча падает (сверху) на полупрозрачное зеркало. Частично оно проходит сквозь зеркало (вниз) и частично поглощаетс  в нем, причем эти компоненты далее в работе интерферометра не участвуют. Остальное излучение отражаетс  от полупрозрачного зеркала (влево) и, отразившись от отражател  5, возвращаетс  на полупрозрачное зеркало. Здесь оно вновь частично отражаетс  от зеркала (вверх), частично поглощаетс  в нем, а друга  его часть проходит через полупрозрачное зеркало в сторону сумматора 3 излучени .

В примере выполнени  узла компенсатора интерферометра, показанном на фиг. 3 (на фиг. 1 обведен штриховой линией), направленный ответвитель приспособлен дл  работы в. миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах и выполнен на пол ризационных принципах. На фиг. 3 представлены направленный ответвитель 6, отражатель 5 и часть опорного плеча интерферометра. Направленный ответвитель 6 состоит из одномерной сетки 8 (проволоки металлические ) и пол роида 9 (например, аналогичного сетке 8). Относительна  ориентаци  проволок сетки 8 и пол роида 9 показана на фиг. 3, угол между ними может составл ть, например, 45°. Этот узел работает следующим образом.

Излучение из плеча интерферометра (сверху) падает на проволочную сетку 8 и отражаетс  от нее в сторону отражател  5

(влево). По пути оно пол ризуетс , проход  сквозь пол роид 9 (отраженна  им часть излучени  в работе не участвует), и, отразившись от отражател  5, вторично проходит (вправо) сквозь пол роид 9 (теперь уже без отражени ). Далее излучение попадает на сетку 8 и часть его бесполезно отражаетс  в сторону делител  1 (фиг. 1), но зато друга  его часть, наличие которой обусловлено пол роидом 9, проходит сквозь сетку 8 и уходит (вправо) из ответвител  в сторону сумматора 3 (фиг. 1).

Интерферометр (фиг. 1) с направленным ответвителем по фиг. 3 может превосходить такой же интерферометр с ответвителем, соответствующим фиг. 2, по коэффициенту передачи излучени  со входа на выход по опорному плечу. В первом случае он может достигать 1 /4 (по мощности), а во втором - не превосходит 1/16.

На фиг. 4 представлен еще один пример выполнени  узла компенсатора интерферометра (фиг. 1) с направленным ответвителем (на фиг. 1 обведен штриховой линией), ориентированный на использование в миллиметровом или субмиллиметровом диапазоне. На фиг. 4 изображены часть опорного плеча интерферометра, направленный ответвитель, выполненный в виде плоской наклонной одномерной проволочной сетки 8, а отражатель 10 в данном случае уголковый. Лини  пересечени  плоскостей уголкового отражател  10 перпендикул рна плоскости чертежа и лежит на оптической оси излучени . Проволоки сетки наклонены к плоскости чертежа, например , на 45°. Этот узел (фиг. 4) работает следующим образом.

Излучение опорного плеча со стороны делител  1 (фиг. 1) поступает на ответвитель 6 (сверху). Здесь оно практически полностью проходит сквозь ответвитель 6 (если правильно выбрана пол ризаци  излучени  в опорном плече) и попадает на уголковый отражатель 10. Отразившись от отражател  10, излучение приобретает пол ризацию, ортогональную первоначальной, и, вновь, попав на ответвитель 6 (снизу вверх), практически полностью отражаетс  им в сторону сумматора 3 (вправо). Этот вариант интерферометра по фиг. 1 может обладать еще большим коэффициентом передачи излучени  с входа на выход по опорному плечу в сравнении с обоими предыдущими вариантами . В данном случае этот коэффициент может приближатьс  к единице. Перемещение уголкового отражател  10 на любые рас- сто ни  не приводит к смещению оптической оси пучка излучени  в опорном плече.

Квазиоптический двухлучевой интерферометр , показанный на фиг. 5, отличаетс  от интерферометра, показанного на фиг. 1, на- личием не двух, а трех плеч и не одного, а

двух выходных трактов. Такой интерферометр может быть использован дл  реализации некоторых параллельных способов измерени  фазы. Этот интерферометр (фиг. 5) работает следующим образом.

Излучение из входного тракта поступает в выходные тракты трем  пут ми. Часть излучени  проходит сквозь делители 11 и 1 в измерительное плечо, а затем попадает на делитель 16. Здесь оно расщепл етс  на два

пучка, первый из которых поступает на сумматор 3, а затем подаетс  в первый выходной тракт, а второй через сумматор 12 - во второй выходной тракт. Втора  часть излучени  из входного тракта проходит сквозь

делитель 11 и, отразившись от делител  1, поступает по опорному плечу в направленный ответвитель 6, на подвижный отражатель 5, вновь в направленный ответвитель 6, на сумматор 3 и далее в выходной первый

тракт, где интерферирует с частью излучени  из измерительного плеча. Треть  часть излучени  из входного тракта отражаетс  делителем 11 и по третьему плечу попадает последовательно в направленный ответвитель 13, на подвижный отражатель 15, вновь в направленный ответвитель 13, на неподвижное зеркало 14, на второй сумматор 12, где суммируетс  с частью излучени  из измерительного плеча, и далее поступает в

выходной тракт. Из фиг. 5 видно, что перемещение любого из подвижных отражателей 5 или 15 не смещает ни одной из оптических осей интерферометра, что повышает точность измерений и диапазон изменени  измер емых величин.

Claims (3)

1. Квазиоптический двухлучевой интер- ферометр, содержащий делитель пучка излучени , формирующий по меньшей мере два плеча, отражатель, установленный по меньшей мере в одном из плеч с возможностью точного перемещени , и сумматор пуч- ков излучени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности измерений и расширени  диапазона изменени  измер емых величин, он снабжен направленным ответвителем, расположенным между делителем пучка излучени  и отражателем , второй отражатель установлен так, чтобы отраженное им излучение распростран лось навстречу падающему, а вход сумматора , соответствующий плечу, в котором установлен отражатель, оптически св зан с

выходом направленного ответвител , соответствующим излучению, отраженному отражателем .

2. Интерферометр по п. 1,отличающий с   тем, что направленный ответвите ль выполнен в виде последовательно установленных по ходу пучка излучени  плоской одномерной проволочной сетки, плоскость которой наклонена относительно оси плеча, и пол роида, плоскость пол ризации которого наклонена по отношению к

0

соответствующей плоскости сетки на угол, не кратный 90°.

3. Интерферометр поп. 1,отличаю- щи и с   тем, что направленный ответвитель выполнен в виде плоской одномерной проволочной сетки, установленной наклонно к оси пучка излучени , отражатель выполнен в виде двугранного уголка, установленного так, что его ребро наклонено относительно плоскости, определ емой направлением сетки и осью пучка, на угол, не кратный 90°.

5 9

Г

I

(Риг. 2

L

Фиг.З

нш

Фиг.1