Поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта

(51)01 9/02, 11/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Ковалев Анатолий Анатольевич Тюшкевич Борис Николаевич Кабаев Николай Ильич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси источник света, по меньшей мере, один подвижный делитель светового пучка, предназначенный для механической связи с объектом, выполненный в виде анизотропного элемента, оптическая толщина которого переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол, где 0, 1, 2,поляризатор и регистрирующий блок, отличающийся тем, что содержит неподвижные делители светового пучка, равные по количеству и идентичные по своим параметрам подвижным делителям светового пучка и установленные на оптической оси интерферометра между источником света и поляризатором с возможностью обеспечения постоянной разности хода по диаметру светового пучка после его прохождения через делители. Фиг. 1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов, для измерения смещения некоторой контролируемой поверхности относительно опорной, для измерения изменения длины тела под влиянием различных воздействий. Известен поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта 1, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси источник света, делитель светового пучка из кварца, предназначенный для связи с объектом,выполненный в виде набора цилиндрических дисков с прозрачной боковой поверхностью,7765 1 2006.02.28 оси вращения которых совмещены и перпендикулярны направлению луча источника света и своим оптическим осям, которые развернуты одна относительно другой на угол 2/,где- число дисков, поляризатор и регистрирующий блок. Устройство не обеспечивает оперативную перестройку чувствительности измерений. Из известных технических решений наиболее близким является поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта 2, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси источник света, подвижный делитель светового пучка, предназначенный для механической связи с объектом, выполненный в виде анизотропного элемента, оптическая толщина которого переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол, где 0, 1, 2, поляризатор и регистрирующий блок. Устройство не обеспечивает точность измерений при высокой чувствительности интерферометра, поскольку при одних и тех же значениях длины волны излученияисточника света, показателей преломленияидля обыкновенного и необыкновенного лучей света делителя светового пучка чувствительность известного устройства определяется угломпри вершине анизотропного элемента, а точность измерений в этом случае в значительной мере определяется наличием переменной разности хода по диаметру светового пучка после его прохождения через анизотропный элемент в виде оптического клина. Технической задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является повышение точности измерений. Поставленная задача достигается тем, что поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси источник света, подвижный делитель светового пучка, предназначенный для механической связи с объектом, выполненный в виде анизотропного элемента, оптическая толщина которого переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол, где 0, 1, 2, поляризатор и регистрирующий блок, содержит неподвижные делители светового пучка, равные по количеству и идентичные по своим параметрам подвижным делителям светового пучка и установленные на оптической оси интерферометра между источником света и поляризатором с возможностью обеспечения постоянной разности хода по диаметру светового пучка после его прохождения через делители. Совокупность указанных признаков позволяет практически избавиться от переменной разности хода по диаметру светового пучка после прохождения его через подвижные делители светового пучка и тем самым повысить точность измерений. Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где приняты следующие обозначения 1 - источник света 2 - подвижные делители светового пучка 3 - неподвижные делители светового пучка 4 - поляризатор 5 -регистрирующий блок. Интерферометр содержит установленные последовательно на одной оптической оси источник 1 света, подвижные делители 2 светового пучка, предназначенные для механической связи с объектом, неподвижные делители 3 светового пучка, поляризатор 4 и регистрирующий блок 5. Подвижные делители 2 светового пучка выполнены в виде анизотропных элементов переменной оптической толщины и установлены так, что их оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из их оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол, где 0, 1, 2. Неподвижные делители 3 светового пучка идентичны по своим параметрам подвижным делителям 2 светового пучка и развернуты вокруг оптической оси интерферометра на угол равныйотносительно подвижных делителей 2 светового пучка. При выполнении подвижных делителей 2 светового пучка в виде несимметричных клиньев для более компактного исполнения интерферометра неподвижные делители 3 светового пучка развернуты вокруг оси, ортогональной оптической оси интерферометра, на угол равныйотносительно делителей 2 светового пучка, как показано на фиг. 2. При выполнении подвижных делителей 2 светового пучка в виде симметричных клиньев подобный разворот не обязателен (фиг. 1). Подвижные делители 2 светового пучка могут быть связаны с объектом не 2 7765 1 2006.02.28 посредственно либо через рычаг. При этом во всех случаях делители 2 и 3 светового пучка могут быть выполнены в виде как симметричных, так и несимметричных клиньев. Элементы 1 - 5 интерферометра могут быть выполнены аналогично 2. Источником 1 света может служить лазер, делители 2 и 3 светового пучка могут быть выполнены в виде жидкокристаллических ячеек переменной оптической толщины, заполненных одноосным анизотропным кристаллом, оптическая ось которого направлена вдоль вытянутых молекул, и сориентированным в процессе сборки жидкокристаллических ячеек оптической осью ортогонально их основанию, т.е./2,, где 0, 1, 2. Может быть использован и любой другой жидкий кристалл. Интерферометр работоспособен и при использовании в качестве анизотропных элементов обычных одноосных либо двухосных кристаллов(например турмалина, известкового шпата и т.п.). В качестве поляризатора 4 можно использовать призму Глана либо Волластона. Регистрирующий блок 5 может быть выполнен на базе фотоприемников с реверсивным счетчиком. Устройство работает следующим образом при прохождении луча от источника 1 света через делители 2 и 3 светового пучка и поляризатор 4 регистрирующий блок 5 фиксирует определенное распределение интенсивности света при интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей. Делители 2 и 3 светового пучка обеспечивают практически постоянную разность хода по диаметру светового пучка после его прохождения через них. Поляризатор 4 в этом случае необходим для получения интерференционной картины в поляризованном свете. Полученное для определенной длины волныраспределение интенсивности света, фиксируемое регистрирующим блоком 5, однозначно определяется разностью показателей преломленияи е для обыкновенного и необыкновенного лучей в анизотропном элементе, из которого выполнены делители 2 и 3 светового пучка, и их оптической толщиной в месте прохождения луча. Разность показателей преломленияи е обыкновенного и необыкновенного лучей определяется ориентацией оптических осей анизотропных элементов относительно направления луча источника 1 света. При перемещении подвижных делителей 2 светового луча вверх (либо вниз) под воздействием исследуемого объекта непосредственно либо через рычаг оптическая толщина их в месте прохождения светового пучка будет увеличиваться (либо уменьшаться), что приведет к изменению разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами. Это, в свою очередь, приведет к изменению интерференционной картины на регистрирующем блоке 5. Поскольку изменение оптической толщины анизотропных элементов в месте прохождения светового пучка определяется перемещением хд подвижных делителей 2 светового пучка, однозначно определяемого перемещениемисследуемого объекта, то изменение интерференционной картины на регистрирующем блоке 5 однозначно характеризует величину перемещения объекта. На фиг. 1 и фиг. 2 представлены устройства с двумя подвижными и двумя неподвижными делителями светового пучка. Их количество при необходимости может быть изменено как в большую, так и в меньшую сторону. Источники информации 1. А.с. СССР 524075, МПК 201 В 9/02, 1976. 2. А.с. СССР 1455232, МПК 401 В 9/02, 11/02, 1989. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.