Виброустойчивый интерферометр

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданович Сергей Николаевич Конойко Алексей Иванович Поликанин Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Виброустойчивый интерферометр, содержащий оптически связанные дифракционную решетку, телескопическую систему Кеплера с входной и выходной линзами, установленную от дифракционной решетки на фокусном расстоянии входной линзы, отличающийся тем, что содержит анализатор поляризации излучения, расположенный между линзами телескопической системы Кеплера, вход и первый выход которого оптически связаны соответственно с входной и выходной линзами формирующий объектив, оптически связанный со вторым выходом анализатора поляризации излучения, при этом передняя фокальная плоскость формирующего объектива совпадает с фокальной плоскостью выходной линзы телескопической системы Кеплера последовательно оптически связанные с телескопической системой Кеплера фазовый элемент /4, фокусирующий объектив и отражающий элемент, причем передний фокус фокусирующего объектива совмещен с задним фокусом выходной линзы телескопической системы Кеплера, задняя фокальная плоскость 11085 1 2008.08.30 фокусирующего объектива совмещена с отражающим элементом, а на поверхности фокусирующего объектива, обращенной к фазовому элементу /4, нанесено сферическое зеркальное покрытие, являющееся отражателем для одного из интерферирующих световых пучков, выходная грань фазового элемента /4 совпадает с фокальной плоскостью сферического зеркального покрытия поверхности фокусирующего объектива, и на ней в зоне фокусировки нанесено плоское зеркальное покрытие, являющееся отражателем для сфокусированного светового пучка, выходная плоскость интерферометра совпадает с задней фокальной плоскостью формирующего объектива. Изобретение относится к области лазерной техники и может найти применение, например, при создании систем измерения длин и перемещений, используемых как в оптическом приборостроении, так и в различных отраслях науки и техники. Известен интерферометр Майкельсона 1, содержащий коллиматорный объектив, светоделитель, первый и второй выход которого оптически связаны с зеркалами, а третий выход оптически связан с объективом, в задней фокальной плоскости которого формируется интерференционное поле, являющееся выходом интерферометра. В этом интерферометре при наличии вибраций происходит изменение величины оптических путей интерферирующих световых пучков, что приводит к паразитному дрожанию интерференционной картины. Данное устройство не позволяет достигнуть высокого качества получаемых интерференционных картин без виброзащищенных оснований из-за наличия отражающих свет поверхностей, что приводит к неконтролируемому изменению разности хода между интерферирующими пучками и, как следствие, падению контраста регистрируемой интерференционной картины, что ухудшает качество измерений. Наиболее близким по технической сущности является виброустойчивый интерферометр 2, содержащий оптически связанные дифракционную решетку и телескопическую систему Кеплера с входной и выходной линзами, которая установлена от дифракционной решетки на фокусном расстоянии входной линзы. Данный интерферометр не позволяет осуществлять измерение длин и перемещений вследствие того, что интерферирующие световые пучки распространяются по одному и тому же оптическому каналу, что исключает возможность формирования зондирующего светового пучка. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей виброустойчивого интерферометра за счет формирования зондирующего светового пучка. Поставленная техническая задача решается тем, что виброустойчивый интерферометр,содержащий оптически связанные дифракционную решетку, телескопическую систему Кеплера с входной и выходной линзами, установленную от дифракционной решетки на фокусном расстоянии входной линзы, содержит анализатор поляризации излучения, расположенный между линзами телескопической системы Кеплера, вход и первый выход которого оптически связаны соответственно с входной и выходной линзами формирующий объектив, оптически связанный со вторым выходом анализатора поляризации излучения,при этом передняя фокальная плоскость формирующего объектива совпадает с фокальной плоскостью выходной линзы телескопической системы Кеплера последовательно оптически связанные с телескопической системой Кеплера фазовый элемент /4, фокусирующий объектив и отражающий элемент, причем передний фокус фокусирующего объектива совмещен с задним фокусом выходной линзы телескопической системы Кеплера, задняя фокальная плоскость фокусирующего объектива совмещена с отражающим элементом, а на поверхности фокусирующего объектива, обращенной к фазовому элементу /4, нанесено сферическое зеркальное покрытие, являющееся отражателем для одного из интерфери 2 11085 1 2008.08.30 рующих световых пучков, выходная грань фазового элемента /4 совпадает с фокальной плоскостью сферического зеркального покрытия поверхности фокусирующего объектива,и на ней в зоне фокусировки нанесено плоское зеркальное покрытие, являющееся отражателем для сфокусированного светового пучка, выходная плоскость интерферометра совпадает с задней фокальной плоскостью формирующего объектива. Совокупность указанных признаков позволяет расширить функциональные возможности виброустойчивого интерферометра путем формирования зондирующего светового пучка. Это позволяет получать высокое качество записываемых интерферограмм за счет решения вопроса требуемой трансляции интерферирующих световых пучков. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - дифракционная решетка 2 - телескопическая система Кеплера 3 - входная линза телескопической системы Кеплера 4 - анализатор поляризации излучения 5 - выходная линза телескопической системы Кеплера 6 - фазовый элемент /4 7 - фокусирующий объектив 8 - сферическое зеркальное покрытие выходной поверхности фокусирующего объектива 9 - плоское зеркальное покрытие выходной грани фазового элемента /4 10 - технический объект 11 - формирующий объектив 12 - выходная плоскость интерферометра. Устройство содержит оптически связанные дифракционную решетку 1, телескопическую систему Кеплера 2 с входной 3 и выходной 5 линзами, которая установлена на фокусном расстоянии входной линзы 3 телескопической системы Кеплера от дифракционной решетки 1, анализатор поляризации излучения 4, вход и первый выход которого оптически связаны соответственно с входной 3 и выходной 5 линзами телескопической системы Кеплера, фокусирующий объектив 7, передний фокус которого совмещен с задним фокусом выходной линзы 5 телескопической системы Кеплера 2, а на выходной поверхности которого нанесено сферическое зеркальное покрытие 8 для одного из интерферирующих световых пучков, технический объект 10, находящийся в задней фокальной плоскости фокусирующего объектива 7, фазовый элемент /4 6, выходная грань которого совпадает с фокальной плоскостью сферического зеркального покрытия 8, на которой в зоне фокусировки нанесено плоское зеркальное покрытие 9 для сфокусированного светового пучка, формирующий объектив 11, оптически связанный со вторым выходом анализатора поляризации излучения, при этом передняя фокальная плоскость совпадает с фокальной плоскостью выходной линзы телескопической системы Кеплера, а выходная плоскость интерферометра 12 совпадает с задней фокальной плоскостью формирующего объектива 11. Дифракционная решетка 1 выполнена в виде плоскопараллельной стеклянной пластинки из стекла К-8, на которой нанесена металлическая дифракционная решетка. Телескопическая система Кеплера 2 образована положительными линзовыми элементами 3, 5, выполненными из стекла К-8. Анализатор поляризации излучения 4 выполнен в виде призмы Глана с двумя выходными поверхностями. Фазовый элемент /4 6 выполнен в виде плоскопараллельной пластинки из кристаллического кварца с оптической осью, параллельной входной и выходной граням, на которой в зоне фокусировки одного из интерферирующих пучков нанесено плоское зеркальное покрытие 9, служащее отражателем для сфокусированного пучка. 3 11085 1 2008.08.30 Фокусирующий объектив 7 выполнен в виде положительной линзы из стекла К-8, на выходной поверхности которой нанесено сферическое зеркальное покрытие 8, являющееся отражателем для одного из интерферирующих световых пучков. Формирующий объектив 11 выполнен в виде положительной линзы из стекла К-8. Виброустойчивый интерферометр работает следующим образом. В исходном состоянии плоскополяризованный в горизонтальной плоскости входной световой пучок падает на дифракционную решетку 1. В результате дифракции на дифракционной решетке 1 образуются два световых пучка. Эти световые пучки, пройдя входную линзу 3 телескопической системы Кеплера, анализатор поляризации излучения 4, выходную линзу 5 телескопической системы Кеплера, фазовый элемент /4 6, где приобретают круговую поляризацию, поступают на фокусирующий объектив 7. Один световой пучок(зондирующий) фокусируется фокусирующим объективом 7 на техническом объекте 10,который отражает его в обратном направлении. Второй световой пучок отражается от сформированного на выходной поверхности фокусирующего объектива 7 сферического зеркального покрытия 8 и фокусируется на выходной грани фазового элемента /4 6, где сформировано плоское зеркальное покрытие 9, которое отражает его в обратном направлении. После прохождения фазового элемента /4 6 в обратном направлении световые пучки приобретают поляризацию, ортогональную плоскости поляризации входного светового пучка. Поэтому анализатор поляризации излучения 4 направляет их на формирующий объектив 11, в задней фокальной плоскости которого на выходной плоскости интерферометра 12 образуется интерференционная картина. Вследствие того что в предлагаемом виброустойчивом интерферометре световые пучки проходят через одни и те же оптические элементы 3, 4, 5, 6, 7, 11, то разность их оптических путей остается постоянной независимо от возникающих смещений линзовых элементов. Таким образом, приведенная схема трансляции световых пучков позволяет исключить в процессе получения интерференционной картины влияние дестабилизирующих воздействий (например механических вибраций). В режиме измерения перемещений технический объект 10 совершает движение вдоль оси падающего на него зондирующего пучка, что приводит к изменению оптической разности хода между световыми пучками, интерферирующими в выходной плоскости интерферометра 12. Это приводит к смещению интерференционных полос на соответствующую величину. Из анализа интерференционной картины определяют перемещение технического объекта. Источники информации 1. Ландсберг Г.С. Оптика. - М. Наука, 1976. - 928 с. 2. Патент РБ 5738, МПК 02 В 27/42, 2003. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4