способ наблюдения многолучевой интерференционной картины в отраженном свете при помощи интерферометра фабри-перо (ифп)

Формула изобретения

Способ наблюдения многолучевой интерференционной картины в отраженном свете при помощи интерферометра Фабри-Перо, включающий получение интерференционной картины при наклоне одного из зеркал относительно другого на угол и анализ полученной картины, отличающийся тем, что производят фокусировку отраженного пучка объективом и подавление нулевого пространственного порядка при помощи поглощающей или отражающей диафрагмы, причем угол выбирают из условия

>1,22 /D,

где - наибольшая длина волны излучения, направляемого на интерферометр Фабри-Перо;

D - световой диаметр зеркал интерферометра Фабри-Перо.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области интерференционных измерений, а конкретнее к способам повышения точности измерения в отраженном свете.

ИФП представляет собой две плоскопараллельные пластины, которые наклонены друг относительно друга под некоторым небольшим углом . При освещении ИФП плоским пучком возникает две интерференционных картины - в проходящем и отраженном свете, причем эти картины являются дополнительными, т.е. максимумам картины в отраженном свете соответствует минимум в свете проходящем, и наоборот. В проходящем свете интерференционная картина представляет собой узкие светлые полосы, разделенные широкими темными промежутками, в отраженном свете наблюдается дополнительная картина - на сплошном светлом фоне видны узкие темные полосы.

В проходящем свете несколько спектральных линий, соответствующих различным длинам волн, дают раздельные системы полос. В отраженном свете системы широких светлых полос, соответствующих различным длинам волн, накладываются друг на друга и либо резко падает контраст картины либо она вообще пропадает. Поэтому при анализе немонохроматического излучения ИФП может быть использован только в проходящем свете.

В ряде случаев второе зеркало интерферометра является глухим, т.е. имеет коэффициент отражения почти 1, и спектральные измерения с таким интерферометром не возможны.

Известен способ наблюдения картины в ИФП [1], в котором переднее зеркало выполняют в виде несимметричной металлодиэлектрической структуры, не отражающей свет в сторону источника. Благодаря этому в отраженном свете наблюдаются узкие светлые полосы на темном фоне и становится возможным производить спектральные измерения.

Недостатками способа являются необходимость нанесения на первое зеркало интерферометра сложного металлодиэлектрического покрытия и нестойкость этого покрытия.

Наиболее близким к заявляемому способу по количеству общих признаков и по решаемой технической задаче - прототипом - является способ [2], включающий регистрацию интерференционной картины фотографическим путем, измерение предельного угла диффузионного рассеяния фотослоя, освещение интерферограммы коллимированным световым пучком под углом, большим переднего апертурного угла наблюдательной системы, но меньшим суммы переднего апертурного угла и угла рассеивания света фотоэмульсией. В результате вышеописанного освещения интерферограммы происходит инверсия или обращение интерференционной картины: вместо темных участков появляются светлые, и наоборот.

Недостатком способа является ограниченность его функциональных возможностей, проявляющаяся в невозможности работы в реальном масштабе времени.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционной картины в отраженном свете при помощи ИФП.

Указанная задача достигается тем, что в данном способе световой пучок разлагают в пространственный спектр при помощи наклона одного из зеркал ИФП относительно другого зеркала на малый угол , и согласно изобретению производят фокусировку отраженного светового пучка объективом и подавление нулевого пространственного порядка при помощи поглощающей диафрагмы, причем угол наклона выбирают из условия:

1,22 /D,

где - наибольшая длина волны зондирующего излучения;

D - световой диаметр зеркал ИФП.

В заявляемом способе описаны известные в научно технической литературе отдельные признаки, однако положительный эффект обусловлен только взаимным сочетанием признаков в описанной последовательности, поэтому автор считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Осуществление заявленного способа поясняется с помощью чертежа, представленного на фиг.1 - оптическая схема, на фиг.2 - интерферограммы, полученные в отраженном свете.

Устройство содержит объективы 1 и 2, при помощи которых получают коллимированный пучок излучения, зеркала интерферометра 3 и 4, зеркало 5 с отверстием, при помощи которого происходит фильтрация нулвого отраженного пучка, объективы расположены конфокально, и с их общим фокусом совпадает отверстие в зеркале. Отраженные от ИФП лучи образуют последовательность колебаний:

---------------------------------

где - амплитуда падающего колебания;

и - коэффициенты отражения и соответственно пропускания;

и - амплитудные коэффициенты отражения и пропускания зеркальных слоев;

S_j - j-e световое колебание, отраженное от поверхности пластины.

Если каким-то образом исключить из прогрессии ее нулевой член , то оставшаяся часть образует бесконечно убывающую геометрическую прогрессию, сумма членов которой равна:

Заменив в последнем выражении комплексные величины на действительные и умножив на комплексно-сопряженную величину, найдем распределение интенсивностей в отраженном свете:

Последнее выражение имеет точно такой же вид, что и распределение интенсивностей в прошедшем свете. Это означает, что исключение светового пучка нулевого порядка, например, при помощи фокусирующего объектива и поглощающей диафрагмы позволяет инвертировать распределение освещенностей интерференционной картины.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа осуществлялась при помощи гелий-неонового лазера ЛГ-79, микрообъектива с фокусом 15 мм и объектива со световым диаметром 50 мм и фокусным расстоянием 400 мм из комплекта оптической скамьи ОСК-2 и двух плоскопараллельных пластинок со световым диаметром 50 мм и коэффициентом отражения 60% и 98%. Интерферограммы, полученные в отраженном свете, с неисключенной и исключенной нулевой компонентой, представлены на фиг.2а и 2б соответственно.

Предложенный способ может быть использован для измерения формы зеркал лазерных резонаторов большого диаметра и других аналогичных оптических изделий.

Источники информации

1. Терентьев И.С., Троицкий Ю.В. Необращенные интерференционные полосы при отражении света от интерферометра Фабри-Перо с асимметричным дифракционным зеркалом. Оптика и спектроскопия, 2004 г., том.97, №2, с.328-333 - аналог.

2. А.с. N 1651096. Носков М.Ф. и др. Способ интерференционного измерения формы поверхности прецизионных оптических деталей - прототип.