SU1640530A1

SU1640530A1 - Optical interferometer

Info

Publication number: SU1640530A1
Application number: SU894677195A
Authority: SU
Inventors: Борис Петрович Дымов; Рамаз Шалвович Тедеев
Original assignee: Ленинградский государственный университет
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1991-04-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в интерферометрии дл исследовани нео- днородностей Цель изобретени - повышение точности и чувствительности интерференционных измерений за счет стабилизации интерференционной картины путем устранени вли ни механических и тепловых колебаний элементов интерферометра на соотношение волновых фаз интерферирующих пучков излучени . Разделенные пучки излучени , пройд пол ризаторы 6 и 7, оси пропускани которых скрещены одна с другой, превращаютс в линейно пол ризованное излучение с ортогональной ориентацией пол ризацией. Совмещенные с помощью второго светоделител 5 пучки проход т четвертьволновую фазосдвигающую пластинку 8, отражаютс зеркалом 9 и повторно проход т пластинку 8. Затем излучение, прошедшее в плечо А интерферометра, проходит через пол ризатор 7, формирует плечо А интерферометра и поступает через первый светоделитель 2, анализатор 10 и объектив 12 на регистратор, а излучение, прошедшее плечо В интерферометра, проходит пол ризатор 6, формирует плечо В интерферометра, проходит через исследуемый образец, отражаетс от светоделител 2, проходит анализатор 10 и объектив 12 и также поступает на регистратор интерференционной картины. 2 ил (Л СThe invention relates to a measurement technique and can be used in interferometry to study inhomogeneities. The purpose of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of interference measurements by stabilizing the interference pattern by eliminating the influence of mechanical and thermal vibrations of interferometer elements on the ratio of the wave phases of interfering radiation beams. Separated beams of radiation, passed by polarizers 6 and 7, whose transmission axes are crossed with each other, turn into linearly polarized radiation with orthogonal orientation and polarization. Combined using a second beam splitter 5, the beams pass a quarter-wave phase-shifting plate 8, are reflected by a mirror 9 and re-passes the plate 8. Then the radiation transmitted into the arm A of the interferometer passes through the polarizer 7, forms the arm A of the interferometer and enters through the first beam splitter 2, the analyzer 10 and the lens 12 to the recorder, and the radiation that passed the shoulder B of the interferometer passes the polarizer 6, forms the shoulder B of the interferometer, passes through the sample under study, is reflected from the beam splitter 2, the passage IT analyzer 10 and lens 12 and also enters the recorder of the interference pattern. 2 Il (L S

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в интерферометрии дл исследовани нео- днородностей.The invention relates to a measurement technique and can be used in interferometry to study inhomogeneities.

Цель изобретени - повышение точности и чувствительности интерференционных измерений за счет стабилизации интерференционной картины путем устранени вли ни механических и тепловых колебаний элементов интерферометра.The purpose of the invention is to improve the accuracy and sensitivity of interference measurements by stabilizing the interference pattern by eliminating the influence of mechanical and thermal vibrations of the elements of the interferometer.

На фиг. 1 приведена схема оптическбго интерферометра; на фиг. 2 - взаимна ориентаци осей четвертьволновой фазосдви- гающей пластинки и направлений электрических векторов падающих на нее пучков излучени .FIG. 1 shows a diagram of an optical interferometer; in fig. 2 shows the mutual orientation of the axes of the quarter-wave phase-shifting plate and the directions of the electric vectors of the radiation beams incident on it.

Интерферометр содержит источник 1 излучени , первый светоделитель 2, формирующий два плеча интерферометра, в каждом из которых установлено по одному зеркалу 3 и 4. второй светоделитель 5, пол ризаторы 6 и 7, четвертьволновую фазосдвигающую пластинку 8, зеркало 9, установленное под углом а к оптической оси, анализатор 10, держатель 11 образца, объектив 12 и пол ризатор 13. Угол а определ етс выражением а arcsln- (h/2L), где h - линейный размер образца в плоскости распространени лучей; L - рассто ние по оптической оси от зеркала 9 до образца, установленного на держателе 11 образца, через элементы 5 и 4. Оси пропускани пол ризаторов 6 и 7 скрещены однаThe interferometer contains a radiation source 1, a first beam splitter 2, which forms two interferometer arms, each of which has one mirror 3 and 4 each. The second beam splitter 5, polarizers 6 and 7, a quarter-wave phase-shifter plate 8, a mirror 9 mounted at an angle a optical axis, analyzer 10, sample holder 11, lens 12 and polarizer 13. Angle a is defined by the expression a arcsln- (h / 2L), where h is the linear dimension of the sample in the plane of the rays; L is the distance along the optical axis from the mirror 9 to the sample mounted on the sample holder 11 through elements 5 and 4. The transmittance axes of polarizers 6 and 7 are crossed by one

ОABOUT

.&. &

О СП CJAbout JV CJ

оabout

С другой, а ось пропускани одного из них параллельна плоскости соответствующего зеркала.On the other hand, the transmission axis of one of them is parallel to the plane of the corresponding mirror.

Светоделитель 2 раздел ет падающий на нее параллельный пучок излучени от источника 1 на два одинаковых пучка А и В, каждый из которых, отража сь от зеркал 3 и 4 соответственно, проходит через пол ризаторы 6 и 7, которые скрещены друг с другом , причем ось одного из них параллельна плоскости отражени зеркал 3, 4 и превращаетс в линейно пол ризованное излучение , т.е. плоскости пол ризации пучков А и В перпендикул рны одна к другой. После того как эти пучки света по прохождении светоделител 5 сложатс , пройдут через четвертьволновую пластинку 8, отраз тс от зеркала 9, повторно пройдут через четвертьволновую пластинку 8, плоскость пол ризации каждой из них повернетс на 90°. Оси Хд и Хв четвертьволновой пластинки 8 должны быть ориентированы под углом 45° к векторам напр женности электрического пол Ед и Ев падающих на нее пучков света А и В (фиг. 2). Таким образом, после повторного прохождени четвертьволновой пластинки 8 дл луча А пол ризатора 6 оказываетс запертым и он может пройти только через пол ризатор 7. Следовательно , то плечо интерферометра, которое прошел луч В через элементы 2, 3 и 5, теперь пройдет луч А (в которое преобразилс луч А после его отражени от зеркала 9). Аналогично и дл луча В. Таким образом, повторив пути следовани друг друга, два пучка света (А и В)сложатс в один пучок после прохождени ими светоделител 2. По прохождении этим суммарным пучком анализатора 10 в фокальной плоскости объектива 12 наблюдаетс интерференционна картина. Плоскость пропускани анализатора 10 составл ет некоторый угол с плоскост ми пол ризации пучков А и В ,близкий к 45°, и в каждом конкретном случае выбираетс из соображений максимальной контрастности интерференционной картины. В случае, если излучение вл етс немонохроматич- ным, в качестве пластинки 8 необходимо использовать составную ахроматическую двулучепреломл ющую четвертьволновую фазосдвигающую пластинку. Если источникA beam splitter 2 divides a parallel beam of radiation from a source 1 into two identical beams A and B, each of which, reflected from mirrors 3 and 4, respectively, passes through polarizers 6 and 7, which are crossed with each other, with the axis one of them is parallel to the reflection plane of the mirrors 3, 4 and turns into linearly polarized radiation, i.e. the polarization planes of the beams A and B are perpendicular to one another. After these beams of light, after passing the splitter 5, go through the quarter-wave plate 8, are reflected from the mirror 9, re-pass through the quarter-wave plate 8, the polarization plane of each of them will turn 90 °. The axes XD and XB of the quarter-wave plate 8 should be oriented at an angle of 45 ° to the intensity vectors of the electric field U and E of the beams of light A and B incident on it (Fig. 2). Thus, after re-passing the quarter-wave plate 8 for beam A of polarizer 6, it is locked and it can pass only through polarizer 7. Therefore, the interferometer arm, which passed beam B through elements 2, 3 and 5, now passes beam A ( into which ray A was transformed after it was reflected from a mirror 9). Similarly, for beam B. Thus, by repeating the paths of following each other, two beams of light (A and B) will be folded into one beam after they pass the beam splitter 2. As this total beam passes through analyzer 10, an interference pattern is observed in the focal plane of lens 12. The transmission plane of the analyzer 10 makes a certain angle with the polarization planes of the beams A and B, close to 45 °, and in each particular case is chosen for reasons of the maximum contrast of the interference pattern. In case the radiation is non-monochromatic, as the plate 8 it is necessary to use a composite achromatic birefringent quarter-wave phase-shifting plate. If the source

1 излучени не обладает пол ризационной когерентностью, то на пути от источника 1 излучени до первого светоделител необходимо расположить пол ризатор 13, ось пол ризации которого ориентирована под углом в 45° к плоскости распространени пучков света в интерферометре (плоскость рисунка на фиг. 1).1 radiation does not have polarization coherence, then on the path from the radiation source 1 to the first beamsplitter it is necessary to position a polarizer 13, the polarization axis of which is oriented at an angle of 45 ° to the plane of propagation of light beams in the interferometer (plane of the figure in Fig. 1).

На зеркало 9 лучи падают под некото- рым малым углом а : а arcsin(h/2L),On the mirror 9, the rays fall at a certain small angle a: a arcsin (h / 2L),

где L - рассто ние, которое необходимо пройти лучу от зеркала 9 через элементы 5 и 3 до исследуемого образца, расположен- ного на держателе 11:where L is the distance that the beam needs to pass from mirror 9 through elements 5 and 3 to the test sample located on the holder 11:

h - линейный размер исследуемого образца в плоскости распространени лучей света (в плоскости рисунка).h is the linear size of the sample under investigation in the plane of propagation of light rays (in the plane of the figure).

Если амплитуда механических колеба- ний зеркал составл ет величину I, то амплитуда А хаотических изменений разности хода интерферирующих пучков излучени составит величину Д 10 1-К,If the amplitude of the mechanical oscillations of the mirrors is I, then the amplitude A of the chaotic changes in the path difference of the interfering radiation beams will be D 10 1-K,

где К 1 1 +2sin a cos awhere K 1 1 + 2sin a cos a

cos a + sin a таким образом, вли ние дестабилизирующих факторов уменьшаетс в К раз.cos a + sin a in this way, the effect of destabilizing factors decreases K times.

Claims

Invention Formula

An optical interferometer containing a radiation source, a first beamsplitter, which forms two interferometer arms, each of which has one mirror, and a second light divider, installed at the intersection of the optical axes of the arms of the interferometer, in order to improve the accuracy and the sensitivity of the interference measurements, it is equipped with two polarizers, one installed in each shoulder after the mirror, that their transmission axes are crossed with each other, and the transmission axis of one of

they are parallel to the plane of the corresponding mirror, a quarter-wave phase-shifting plate and a mirror, installed in series along the radiation path after the second beam splitter, and

an analyzer installed in the course of the radiation after the first beam splitter.

/

BUT

12 10

13

/ /

A1

AT

FIG. one

Ev

Ed