Поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объектов

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники(72) Авторы Ковалев Анатолий Анатольевич Тющкевич Борис Николаевич Кабаев Николай Ильич (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси (ВУ)ПоляризаЦионнь 1 й интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси источник света, делитель светового пучка, предназначенный для связи с объектом, выполненный в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установленный так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол ч ф птс, где п 0, 1, 2, поляризатор и регистрирующий блок, отличающийся тем, что делитель светового пучка связан с объектом через рычаг первого либо второго рода, причем по меньщей мере одна из точек - точка опоры рычага, точка опоры делителя светового пучка на рычаг,точка опоры объекта на рычаг - выполнена подвижной в направлении, параллельном оптической оси интерферометра.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,оси вращения которых совмещены и перпендикулярны направлению луча источника света и своим оптическим осям, которые развернуты одна относительно другой на уголВ известном устройстве конструкция делителя светового пучка и кинематической цепи, связывающей исследуемый объект и делитель светового пучка, сложна и трудоемка по исполнению, не обеспечивает оперативную перестройку чувствительности измерений, что ограничивает возможности использования известного поляризационного интерферометра.Из известных технических рещений наиболее близким является поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта 2, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси источник света, делитель светового пучка,предназначенный для связи с объектом, выполненный в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установленный так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол ч ф птс, где п О, 1, 2, поляризатор и регистрирующий блок.Устройство не обеспечивает оперативную перестройку чувствительности измерений и достаточно высокий ее уровень. При одних и тех же значениях длины волны излучения 7 источника света, показателей преломления по и пе для обыкновенного и необыкновенного лучей света делителя светового пучка чувствительность известного устройства определяется углом (р при верщине анизотропного элемента. Для ее изменения необходима замена делителя светового пучка и переюстировка всего устройства в целом, что является весьма трудоемкой и длительной процедурой.Технической задачей, которую рещает предлагаемое изобретение, является повыщение чувствительности измерений и обеспечение ее перестройки.Поставленная задача достигается тем, что в поляризационном интерферометре для измерения линейных перемещений объекта, содержащем последовательно установленные на одной оптической оси источник света, делитель светового пучка, предназначенный для связи с объектом, выполненный в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установленный так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол ч ф птс, где п О, 1, 2, поляризатор и регистрирующий блок,делитель светового пучка связан с объектом через рычаг первого либо второго рода, причем, по меньщей мере одна из точек - точка опоры рычага, точка опоры делителя светового пучка на рычаг, точка опоры объекта на рычаг - выполнена подвижной в направлении,параллельном оптической оси интерферометра.Указанная выще совокупность признаков позволяет уменьщить смещение объекта, которое определяет смещение анизотропного элемента, соответствующее смещению на одну полосу картины интерференции, и тем самым повысить чувствительность измерений, и перестраивать ее без замены делителя светового пучка.Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где приняты следующие обозначения 1 - источник света 2 - делитель светового пучка 3 - поляризатор 4 - регистрирующий блок 5 - рычаг 6 - точка опоры рычага 7 - точка опоры делителя светового пучка на рычаг 8 - точка опоры объекта на рычаг.Интерферометр содержит установленные последовательно на одной оптической оси источник 1 света, делитель 2 светового пучка, поляризатор 3 И регистрирующий блок 4. Делитель 2 светового пучка выполнен в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установлен так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол ч ф птс, где п О, 1, 2. Делитель 2 светового пучка связан с объектом через рычаг 5 первого (фиг. 1) либо второго (фиг. 2) рода. Рычаг 5 имеет точку 6 опоры рычага 5, точку 7 опоры делителя 2 светового пучка на рычаг 5, точку 8 опоры объекта на рычаг 5. По меньшей мере одна из точек 6, 7, 8 выполнена подвижной в направлении, параллельном оптической оси интерферометра.Элементы 1-4 интерферометра могут быть выполнены аналогично 2. Источником 1 света может служить лазер, делитель 2 светового пучка может быть выполнен в виде жидкокристаллической ячейки переменной оптической толщины, заполненной одноосным анизотропным кристаллом, оптическая ось которого направлена вдоль вытянутых молекул, и сориентированным в процессе сборки жидкокристаллической ячейки оптической осью ортогонально ее основанию, т.е. ч тс/2, ф птс, где п О, 1, 2. Может быть использован и любой другой жидкий кристалл. Интерферометр работоспособен и при использовании в качестве анизотропного элемента обычных одноосных либо двухосных кристаллов(например, турмалина, известкового шпата и т.п.). В качестве поляризатора 3 можно использовать призму Глана либо Волластона. Регистрирующий блок 4 может быть выполнен на базе фотоприемников с реверсивным счетчиком. В качестве рычага 5 использована металлическая пластина, точка опоры 6 которой перемещалась с помощью микроскопического винта параллельно оптической оси интерферометра.Принцип действия устройства состоит в следующем. При прохождении луча от источника 1 света через делитель 2 светового пучка и поляризатор 3 регистрирующий блок 4 фиксирует определенное распределение интенсивности света при интерференции обь 1 кновенного и необыкновенного лучей. Поляризатор 3 в этом случае необходим для получения интерференционной картины в поляризованном свете. Полученное для определенной длины волны распределение интенсивности света, фиксируемое регистрирующим блоком 4, однозначно определяется разностью показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей в анизотропном элементе, из которого выполнен делитель 2 светового пучка, и его оптической толщиной в месте прохождения луча. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей определяется ориентацией оптических осей анизотропного элемента относительно направления луча источника 1 света. При перемещении анизотропного элемента вверх (либо вниз) под воздействием исследуемого объекта через рычаг 5 оптическая толщина его 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 4. Поскольку изменение оптической толщины анизотропного элемента в месте прохождения светового пучка определяется перемещением Ахо исследуемого объекта, связанного с перемещением Ахд делителя 2 светового пучка соотношением Ахд Ахо 1 д/1 о, где 1 д - плечо рычага 5 между точками опоры 6 и 7, а 10 - плечо рычага 5 между точками опоры 6 и 8, то изменение интерференционной картины на регистрирующем блоке 4 однозначно характеризует величину перемещения объекта.В частности, при ч тс/2 и ортогональной ориентации оптической оси поляризатора и плоскости поляризации излучения источника 1 света смещение Ахо исследуемого объекта определяется выражением Ахо Ахд 1 о/1 д 1 Т 7 ь 1 о/(по-пе)1 д тур 1 ТАхдо 1 о/1 д, где Ы - число полос, на которое изменилась интерференционная картина (р - угол при вершине анизотропного элемента Ахдо Ж/Шо-пе) тур - величина, которая определяет смещение анизотропного элемента, соответствующее смещению на одну полосу картины интерференции. Аналогичное соотношение можно получить и для параллельной ориентации оптическойоси поляризатора 3 И плоскости поляризации излучения источника 1 света. Изменяя соотношение плеч 10 и 1 д, можно перестраивать чувствительность измерений. Это соотношение можно изменять не только перемещением точки опорь 1 6 параллельно оптической оси интерферометра, но и перемещением любой из точек опорь 1 7, 8 либо перемещением любой парь 1 точек из трех, либо перемещением всех трех точек опорь 1. При 10 1 д чувствительность измерений вь 1 ще, при 1 о 1 д ниже, чем у известного устройства, а в случае 10 1 д одинакова в обоих устройствах.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.