190712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és lézerinterferométer megadott útszakaszon optikai úthossz mérésére
1 190 712 2 |J(e) = 0] cs világos [J(g) = 2J0(ß)] interferenciasávból van kialakítva, azok a vonalak, amelyek a mérőnyaláb optikai úthosszával egyenlő értékűek ô(o) a következők: 5h(q) = ő0—nN = const, ahol N = 0; ±1; ±2; ±... A felsorolt eljárásoknak és ilyen jellegű kétsugaras inter- 5 ferométereknek a következő hátrányai vannak: — a mérő- és összehasonlító nyalábok optikai úthossza közötti különbség változás előjele nem meghatározott; — bonyolult, munkaigényes és időigényes az interferenciakép kiértékelése, az interferenciakép fotografikai jq regisztrálása és az ezt követő interferogram kiértékelése miatt, ami általában az interferenciasávok vizuális leolvasásával történik; — kis méréspontosság, amit a fényintenzitás mérésének szükségessége az interferenciamezőben vagy a foto- ■) 5 réteg fotografikai feketedés mérése az interferogramban von maga után, mivel a fényforrás egyenetlensége és instabilitása, az interferometer optikai rendszerének szenynyeződése, a fotóanyag szemcsézete, nemlinearitása, hibái stb., valamint az interferogram kiértékelésénél a 20 vizuális leolvasásból eredő szubjektív tényező erősen befolyásolja a méréspontosságot; — nehéz az összehasonlító nyaláb ő0 optikai úthosszának ismert értékét a nyaláb keresztmetszetében és időbeli állandóságát biztosítani, különösen olyan méréseknél, 25 ahol nagymérvű idegen rezgések, akusztikai áramlások, környezeti tényezők (mint hőmérséklet, nyomás, sűrűség) ingadozása vagy légáramlatok stb. léphetnek fel; — kielégítő stabilitást nyújtó és különösen nagy interferenciamezők vizsgálatára alkalmas kétsugaras interfe- 30 rométer optikai rendszerének magas költsége és bonyolultsága. A fény optikai úthosszának mérésére ismert olyan eljárás két koherens fénynyaláb interferenciájával való mérésére, — egy mérő- és egy összehasonlító nyaláb, — ahol az 35 egyik nyaláb fényfrekvenciáját a másikéhoz viszonyítva meghatározott fi értékkel eltolják, amely a rádió frekvenciatartományában van, és az interferenciakép regisztrálásakor az interferált fényt fotoelektromos átalakításnak vetik alá és a nyert elektromos jel váltóáramú kom- 40 ponensének fázisát mérik, ami után a fény optikai úthoszszára következtetnek. Az ,,Applied Optics” 1980. 01. 19. számának 154-160. oldalain N.A. Massie ismerteti az ilyen eljárással foganatosított lézerinterferométert. 45 Az eljárás lényege és az interferométer hatásmódja abban áll, hogy lézer és optikai frekvenciamodulátor segítségével két komponensből álló koherens fénynyalábot állítanak elő, az egyik komponensének fényfrekvenciáját a másikéhoz viszonyítva meghatározott fi értékkel eltolják, 50 a nevezett különböző frekvenciájú komponenseket egy mérő- és egy összehasonlító nyalábra osztják szét, miközben a mérőnyaláb a vizsgálandó útszakaszon és az összehasonlító nyaláb ismert ő0 optikai úthosszái rendelkező útszakaszán engedik át és ezután egyesítik a két nya- 55 lábot. Két különböző oj és o> + fi frekvenciájú és különböző ő0 és Ő(g) fázisú fényhullám interferenciájával interferenciakép keletkezik, amely bármely pontjában az intenzitás a következő összefüggéssel fejezhető ki: j(e, t) = J„(e) fi + cos [fit— (6(e)—Mi, 60 ahol t = idő. Az ebben a pontban fotoelektromos átalakító álta érzékelt elektromos jelnek — ahogy a fenti összefüggésből látható — váltakozó áramú összetevője van, amelynek frekvenciája fi, amely egyenlő az üj és o> + fi két frekven- 65 cia közötti különbséggel és amelynek fázisa egyenlő az interferáló nyalábok fáziskülönbségével: AÔ = ő(p)— ő0. Ilyen elven működő eljárásoknál a fotografikai regisztrálás és az ezt követő képkiértékelés elmarad, az elektromos jel fázisának mérési eredményét számjegykód alakjában digitális kijelző indikálhatja vagy közvetlenül továbbítható a számítógép felé adatfeldolgozásra és tárolásra. Az elektromos jel fázisának mérési pontossága nagy, amelyet rádiótechnikai fázismérőeszközökkel biztosítanak, azonkívül a méréseket automatikusan végzik, ezért a szubjektív tényezők kizárhatók, ami a fény optikai úthosszáról szerzett információk pontosságának és biztonságának növeléséhez vezet. Ez az eljárás érzékeny az optikai úthossz változásának előjelével szemben. Az eljárásra és az interferométerre viszont a kétsugaras interferométer hátrányai vonatkoznak, amelyek az optikai rendszer bonyolultságával és költségeivel, valamint az igenjeit stabilitás és zavarérzéketlenség biztosításával bonyolult feltételek mellett függnek össze, amelyeket mechanikai, akusztikai, termikus és más idegen hatás kísér. Továbbá M. Born, E. Wolf „Principles of Optics” címú Pergamon Press 1968. kiadványából ismert olyan eljárás többsugaras interferenciával történő fényoptikai úthossz mérésére, amelynél koherens fénynyalábot állítanak elő, abból a nyalábból interferáló nyalábokat olymódon formálják, hogy minden soron következő interferáló nyaláb úgy képződik, hogy az előző interferáló fénynyaláb egy részét elkülönítik és az elkülönített nyalábrészt ugyanazon az útszakaszon engedik át és a keletkezett interferenciaképet regisztrálják. Általában a két visszaverő elem között a fény olyan útszakasza van, amelynek visszaverődési tényezője 1-nél kisebb. A koherens fénynyaláb az első visszaverő elemen való áthaladása után végighalad az előírt útszakaszon a második visszaverő elemig és <5 fáziskésleltetést tapasztal, amely egyenlő a fény keresett optikai úthosszával ezen az útszakaszon. A 6 fáziskésleltetéssel rendelkező fény egy része áthalad a második visszaverő elemen, miközben a fény másik része visszaverődik és ismét az előírt útszakaszon halad végig az első visszaverődő elemig és ilymódon kiegészítő ô fáziskésleltetést tapasztal. Az első visszaverődő elemnél az a fényrész, amelynek fáziskésleltetése 2 <5, kilép, és a maradék fényrész visszaverődik, ismét áthalad az előírt útszakaszon és a második viszszaverő elemhez 3 ő fáziskésleltetéssel érkezik. Itt ismét a fényének egy része kilép és a másik része visszaverődik, hogy az előírt útszakaszon a következő áthaladást az első visszaverődő elemig és fordított irányba végrehajtsa, miközben ez a fény rész minden áthaladás alatt 2Ô fáziskésleltetést szenved. A két visszaverődő elem közötti előír! útszakasz határain túl az első visszaverő elem oldalán, valamint a második visszaverő elem oldalán egy sor interferáló fénynyaláb lép ki. Az interferáló fény a fény előírt útszakaszának optikai hosszától vraló függősége nem színuszalakú periodikus összefüggéssel àô — 2IT periódussal fejezhető ki, ahol az egész periódusok száma, . o azaz az interferencia rendje D = int— egyenlő a fény-X hullámhossznak —egész számával az előírt útszakaszon belül és az intenzitásmenet egy perióduson belül, azaz az interferenciacsík körvonalának alakja az optikai úthossz ezen értékének egy törtrészét adja meg ő = 2IT (d + D) (2) 3
