двухлучевой интерферометр

Формула изобретения

Двухлучевой интерферометр, включающий оптически связанные осветительную систему, опорную и объектную ветви, сопрягающий объектив и регистрирующее устройство, при этом осветительная система содержит источник монохроматического излучения и коллиматор, а опорная и объектная ветви включают в себя четыре дифракционные решетки, установленные по ходу пучка излучения, причем три решетки выполнены рельефно-фазовыми, отличающийся тем, что интерферометр дополнительно содержит компенсатор оптической разности хода и диафрагму, при этом первая по ходу пучка излучения решетка выполнена объемной, пропускающей, голограммной, четвертая решетка выполнена рельефнофазовой, голограммной, в опорной ветви между первой по ходу пучка излучения и второй решетками установлен компенсатор оптической разности хода, диафрагма размещена между объективом и регистрирующим устройством, а первая и четвертая решетки, обращенные навстречу друг другу рабочими поверхностями, установлены с возможностью их одновременного согласованного поворота вокруг осей, параллельных их штрихам и расположенных вблизи центров решеток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле и испытаниях оптических изделий и исследованиях оптических неоднородностей в прозрачных средах, в частности в газодинамических экспериментах.

Известны интерферометры, содержащие дифракционные элементы (решетки, френелевские зонные пластинки и др.), где они выполняют светоделительные и фокусирующие функции.

Недостатком их является необходимость использования классических отражающих и преломляющих элементов в одной или в обеих ветвях, что сохраняет виброчувствительность таких интерферометров и сложность процесса их настройки на уровне традиционных двухлучевых интерферометров типа Маха-Цендера или Тваймана-Грина [1]

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухлучевой интерферометр на основе четырех дифракционных решеток-реплик, содержащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического излучения и коллиматора, опорную и объективную ветви, включающие в себя четыре дифракционные решетки, три из которых рельефно-фазовые, сопрягающий объектив и регистрирующее устройство. Этот интерферометр эквивалентен классическому интерферометру Маха-Цендера, но отличается от него существенно более высокой виброустойчивостью и простотой настройки [2]

Недостатком этого технического решения являются:

невозможность изменения соотношения интенсивностей между опорным и объектным пучками интерферометра без привлечения дополнительных оптических элементов;

ограниченность рабочего поля интерферометра технологическими трудностями изготовления с высоким оптическим качеством прозрачных подложек и дифракционных структур, эти трудности резко возрастают с увеличением размеров поля;

отсутствие возможности выравнивания оптических путей объектной и опорной ветвей интерферометра с учетом оптической длины исследуемого прозрачного объекта, что предъявляет дополнительные повышенные требования к степени когерентности (монохроматичности) используемого источника излучения.

Техническая задача изобретения повышение точности измерений при больших размерах рабочего поля, упрощение процесса его настройки, расширение его функциональных возможностей, снижение себестоимости.

Поставленная задача достигается тем, что в двухлучевом интерферометре, содержащем осветительную систему, состоящую из источника монохроматического излучения и коллиматора, опорную и объектную ветви, включающие в себя четыре дифракционные решетки, три из которых рельефно-фазовые, сопрягающий объектив и регистрирующее устройство, после первой решетки в опорную ветвь дополнительно введен компенсатор оптической разности хода, перед регистрирующим устройством установлена диафрагма, первая решетка походу пучка излучения выполнена объемной пропускающей голограммной, четвертая решетка выполнена рельефно-фазовой голограммной, обе они установлены навстречу друг другу рабочими поверхностями с возможностью их одновременного согласованного поворота вокруг осей, параллельных их штрихам и расположенных вблизи центров решеток.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предложенного двухлучевого интерферометра; на фиг. 2 приведен образец интерферограммы прозрачного фазового объекта пламени спиртовки полученной на макете при настройке интерферометра на полосы конечной ширины.

Двухлучевой интерферометр (см. фиг. 1) содержит монохроматический источник света 1, коллиматор 2, объемную пропускающую голограммную дифракционную решетку 3, две идентичные рельефно-фазовые решетки 4 и 5, рельефно-фазовую голограммную решетку 6, регулируемый компенсатор оптической разности хода 7, сопрягающий объектив 8, фильтрующую диафрагму 9 и регистрирующее устройство 10.

Все четыре решетки в исходном состоянии располагаются в интерферометре так, что их штрихи и плоские рабочие поверхности ориентированы по возможности взаимно-параллельно.

Голограммные решетки 3 и 6 установлены с возможностью одновременного согласованного поворота вокруг осей, параллельных их штрихам и расположенных вблизи оптических центров решеток.

Благодаря тому, что первая решетка 3 объемная, небольшим ее поворотом вокруг указанной оси достигается требуемое в каждом конкретном случае соотношение интенсивностей между двумя выбранными (рабочими) порядками дифракции, например, между нулевым и одним из первых.

Решетки 3 и 6 установлены рабочими поверхностями навстречу друг другу, что позволяет исключить влияние дефектов в подложках этих решеток на точность измерений.

Голограммная решетка 6 может быть получена непосредственно в оптической системе интерферометра (в отсутствие объекта 7). При этом достигается практически полная компенсация искажающего влияния на интерференционную картину оптических дефектов всех элементов интерферометра, что особенно ценно при большом рабочем поле.

В качестве источника 1 целесообразно использовать лазер с линейной поляризацией, причем вектор поляризации при этом должен быть параллелен направлению штрихов решетки 3-6.

Двухлучевой интерферометр работает следующим образом.

Монохроматический пучок лучей от источника 1 проходит через коллиматор 2, разделяется решеткой 3 на два пучка, один из которых (опорный), прошедший через решетку 3 в нулевом порядке, после дифракции на решетках 5 и 6 (в первых порядках) интерферирует с объектным пучком, полученным в результате дифракции на решетках 3 и 4 и проходящим через исследуемый объект 7. После решетки 6 объектный и опорный пучки совмещаются. Образуемая ими интерференционная картина проецируется на регистрирующее устройство 10 (фотопленка, телевизионная камера), оптически сопряженное посредством объектива 8 с исследуемым объектом 7.

Исходная настройка (юстировка) интерферометра осуществляется соответствующими небольшими угловыми подвижками решеток 3, 6 вокруг оптических осей ОО и ОО", а также вокруг осей, параллельных штрихам решеток и проходящих вблизи центров рабочих поверхностей решеток. Оптическая "толщина" компенсатора 7 устанавливается с учетом эквивалентной оптической длины исследуемого объекта 7". При этом изменять период и ориентацию полос интерференционной картины можно, пользуясь подвижками лишь одной решетки 6.

Работоспособность предложенного интерферометра была проверена на макете, собранном по схеме фиг. 1 на решетках размером 70 мм и частотой 600 м^-1.