Поляризационный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТАучреждение Институт электроники НАН Беларуси (ВУ)(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 содержит по меньщей мере один дополнительный делитель светового пучка, выполненный в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установленный на оптической оси интерферометра между источником света и поляризатором так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра в той же плоскости,что и первого делителя светового пучка, а каждая из оптических осей дополнительного делителя составляет с оптической осью интерферометра угол щ, ф птс, где п 0, 1, 2, ПрИЧЕМ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ СВЕТОВОГО пучка ЖЕСТКО связан С ПЕрВЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ СВЕТОВОГО пучка И ВМЕСТЕ С ПЕрВЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ СВЕТОВОГО пучка механически связан С ОбЪЕКТОМ.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 уголВозможности использования известного поляризационного интерферометра ограничены из-за сложности и трудоемкости по исполнению конструкции делителя светового пучка и кинематической цепи, связывающей исследуемый объект и делитель светового пучка, и не обеспечиваемой оперативной перестройки чувствительности измерений.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 высокий уровень чувствительности измерений, поскольку при одних и тех же значениях длины волны излучения Ж 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, а создание делителей светового пучка с достаточно больщим углом(р зачастую проблематично, в частности, создание клиновидных образцов на основе жидких кристаллов возможно лищь при условии малой толщины этих кристаллов.Технической задачей, которую рещает предлагаемое изобретение, является повыщение чувствительности измерений.Поставленная задача достигается тем, что поляризационный 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 О, 1, 2, поляризатор и регистрирующий блок,содержит по меньщей мере один дополнительный делитель светового пучка, вь 1 полненный в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установленный на оптической оси интерферометра между источником света и поляризатором так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра в той же плоскости, что и первого делителя светового пучка, а каждая из оптических осей дополнительного делителя составляет с оптической осью интерферометра угол чл фптс, где п О, 1, 2, причем дополнительный делитель светового пучка жестко связан с первым делителем светового пучка и вместе с первым делителем светового пучка механически связан с объектом.Указанная выще совокупность признаков позволяет уменьшить смещение объекта, которое определяет смещение анизотропных элементов, соответствующее смещению на одну полосу картины интерференции, и тем самым повысить чувствительность измерений.Сущность Изобретения поясняется фигурой, где приняты следующие обозначения 1 источник света 2 - делитель светового пучка 3 - дополнительный делитель светового пучка 4 - поляризатор 5 - регистрирующий блок.Интерферометр содержит установленные последовательно на одной оптической оси источник 1 света, делитель 2 светового пучка, дополнительный делитель 3 светового пучка, поляризатор 4 и регистрирующий блок 5. 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. Дополнительный делитель 3 светового пучка выполнен также в виде анизотропного элемента переменной оптической толщины и установлен на оптической оси интерферометра так, что его оптическая толщина переменна в направлении оптической оси интерферометра в той же плоскости, что и делителя 2 светового пучка, а каждая из его оптических осей составляет с оптической осью интерферометра угол чл ф птс, где п О, 1,2. Дополнительный делитель 3 светового пучка жестко связан с делителем 2 светового пучка и вместе с делителем 2 светового пучка механически связан с объектом.Элементы 1-5 интерферометра могут быть выполнены аналогично 2. Источником 1 света может служить лазер, делители 2, 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 сориентированных в процессе сборки жидкокристаллических ячеек оптической осью ортогонально их основанию, т.е. ч чл 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 щпата 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.Принцип действия устройства состоит в следующем. При прохождении луча от источника 1 света через делители 2, 3 светового пучка и поляризатор 4 регистрирующий блок 5 фиксирует определенное распределение интенсивности света при интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей. Поляризатор 4 в этом случае необходим для получения интерференционной картины в поляризованном свете. Полученное для определенной длины волны распределение интенсивности света, фиксируемое регистрирующим блоком 5, однозначно определяется разностью показателей преломления для обь 1 кновенного и необыкновенного лучей в анизотропных элементах, из которых выполнены делители 2, 3 светового пучка, и их оптической толщиной в месте прохождения луча. Разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей определяется ориентацией оптических осей анизотропных элементов относительно направления луча источника 1 света. При перемещении анизотропных элементов вверх (либо вниз) под воздействием исследуемого объекта 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 Ахо исследуемого объекта, соответствующего в данном случае перемещению Ахд делителей 2, 3 светового пучка (т.е. Ахд Ахо), то изменение интерференционной картины на регистрирующем блоке 5 однозначно характеризует величину перемещения объекта.В частности, при ч чл тс/2 и ортогональной ориентации оптической оси поляризатора и плоскости поляризации излучения источника 1 света смещение Ахо исследуемого объекта определяется выражением Ахо Ахд Ыж/(п-пе)(гр турд ЫАхдО, где Ы - числополос, на которое изменилась интерференционная картина (р И (р 1 - углы при вершинах анизотропных элементов соответственно делителей 2 И 3 светового пучка Ахдо 7 ь/(попехгур гурд - величина, которая определяет смешение анизотропных элементов, соответствующее смешению на одну полосу Картины интерференции. Аналогичное соотношение можно получить и для параллельной ориентации оптической оси поляризатора 4 и плоскости поляризации излучения источника 1 света, а также для случая с большим количеством дополнительных делителей светового пучка. Для оперативной перестройки и дальнейшего повышения чувствительности измерений делители 2, 3 светового пучка могут быть механически связаны с объектом через рычаг первого либо второго рода, по меньшей мере одна из точек которого (точка опоры рычага, точка опоры делителей светового пучка на рычаг, точка опоры объекта на рычаг) выполнена подвижной в направлении, параллельном оптической оси интерферометра.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.