190712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és lézerinterferométer megadott útszakaszon optikai úthossz mérésére
1 190 712 2 Ennél az eljárásnál a fény optikai úthosszának mérésére az összes interferáló nyaláb ugyanazon az optikai úton halad át, miközben nincs szükség összehasonlító nyalábra, amelynek más optikai úton kellene áthaladnia. Ezért ennek az eljárásnak — összehasonlítva a kétsugaras interferenciát alkalmazó eljárásokkal — nincs olyan mérési hibája, amely az összehasonlító fénynyaláb optikai úthosszának meghatározásakor fellépő hiba és annak instabil jellege következtében jön létre. Ennél az eljárásnál a mérési folyamat és az eredmények interpretációja egyszerűbbnek bizonyult. A fény optikai úthossz törtrészének ,,d” és egész számának ,,D” mérésekor az interferencia rendjét és az interferenciacsík körvonalát az interferenciakép vagy vizuális leolvasásával, vagy fotometrálásával, vagy ennek fotográfiai képével — interferogrammal — határozzák meg. Az első esetben szubjektív jellegű hibák lehetségesek, a második esetben olyan hibák kiküszöbölhetetlenek, amelyeket a fotoáram sörétzaja, az interferáló fény intenzitásának ingadozása, a fentiekben felsorolt tényezők miatt, von maga után. Ennek következménye a fény optikai úthosszának nem kielégítően pontos és biztonságos mérése. Azonkívül a törtrész meghatározásának pontossága kicsi, mivel az interferenciacsík körvonala bonyolult nem színuszalakú, amelynél az interferált fény mért intenzitása a fény optikai úthosszának egész számtól való kis értékeltérése esetében ugrásszerűen változik és az interferenciacsík nagy tartományon belül gyakorlatilag változatlanul marad. Ebben a tartományban lehetetlen az interferált fény intenzitását és a fény optikai úthosszát azonosítani. Ezáltal az optikai úthossz törtrészének mérési pontossága korlátozott. Emellett az eljárás érzéketlen az optikai úthossz változásának előjelével szemben, ami korlátozza az eljárás lehetőségeit a fény optikai úthosszának az interferáló nyaláb keresztmetszetében való eloszlásának mérésénél és az optikai úthossz időbeli változásánál. Azonkívül a többsugaras interferenciával nyert interferogram kiértékelése nem kevésbé bonyolult, munkaigényes és időigényes, mint a kétsugaras interferometria. A találmány szerinti interferométer fizikai főgondolatához legközelebb áll a Fabry-Perot vagy Fizeau típusú többsugaras interferométer, amely koherens fényforrást, ezek optikai tengelyén két egymással szemben elhelyezett visszaverő elemet és az interferenciakép számára fotoregisztráló készüléket tartalmaz, ahol visszaverő elemek interferáló fénynyaláb előállítására szolgálnak. Ezt a lézerinterferométert C. Fabry, A. Perot, Ann. Chim. Phys, lb, 115, 1899. kiadványában ismerteti. Ennél a lézerinterferométemél az összes hátrány jelen van, amely a többsugaras interferenciát alkalmazó, a fény optikai út hosszmérésére szolgáló ismert eljárásokra jellemző. Azonkívül a lézerinterferométer nem nyújt lehetőséget az optikai úthosszmérés folyamatának automatizálására. Ez lényegében az interferált fény intenzitásának mérésekor a kis zavarbiztonságra, az optikai úthosszváltozás határozatlan előjelére, valamint a fény optikai úthosszának az interferáló nyalábon nagy keresztmetszetű mezejében való eloszlásának megvizsgálásakor fellépő jel és zaj közötti kis arányra nagy térbeli felbontás mellett vezethető vissza. A találmány feladata, hogy olyan eljárást dolgozzunk ki, amellyel meghatározott útszakaszon az optikai úthossz, az optikai úthossznak a fénynyaláb keresztmetszetében való eloszlása, valamint időbeli változása mérhető és amely eljárás többsugaras interferencia alkalmazásával az optikai úthosszról az információt közvetlenül számkóddá alakítja át és egyben nagy pontossággal feldolgozza, valamint az eljárás foganatosítására olyan lézerinterferométert alakítsunk ki, amely a fény optikai úthosszát nagy pontossággal méri és annak előjelét figyelembe veszi és lehetőséget nyújt a folyamat automatikus vezérlésére, amely folyamat a fény optikai úthosszának változását állapítja meg. A feladatot azzal oldjuk meg, hogy az útszakasz optikai úthosszának mérésére koherens fénynyalábot állítunk elő, abból egy sor interferáló nyalábot készítünk, ahol minden soronkövetkező interferáló nyalábot olymódon állítunk elő, hogy az előző interferáló nyaláb egy részét elkülönítjük és az elkülönített nyalábrészt ugyanazon az útszakaszon engedjük át, majd az interferáló nyalábokat egyesítsük és a megjelenő interferenciaképeket regisztráljuk, a találmány szerint egymástól független, eltérő polarizációjú első és második kollineáris komponensből álló koherens fénynyalábot hozunk létre, az egyik komponens frekvenciáját a másikéhoz képest eltoljuk és minden soronkövetkező interferáló fénynyaláb az előző nyalábból való előállításakor a komponenspárban az első komponens polarizációját a második komponens polarizációjára változtatjuk át, a második komponens polarizációját az első komponens polarizációjára változtatjuk át, az interferáló nyalábok egyesítésekor ezeket független polarizációjú két nyalábra választjuk szét és az interferenciakép regisztrálásakor mind a két független polarizációjú interferált nyalábot külön fotoelektromos átalakításnak vetjük alá, ezután a kapott elektromos jelek fázisait mérjük, és ebből a megadott útszakaszon a fény optikai úthosszára következtetünk. Ilymódon lehetővé válik, hogy a többsugaras interfe* rencia alkalmazásával a megadott útszakaszon a fény keresett optikai úthosszáról nyert információkat közvetlenül nagy pontossággal számkódba átalakítsuk és ezeknek folyamatos feldolgozását végezhessük. Célszerű, hogy a komponensek polarizációinak kölcsönös változtatása után az egyik komponenst elnyomjuk, miközben a másik komponenst fotoelektronikus átalakításnak vetjük alá. Ezáltal a fény keresett optikai úthossza számkódba való átalakításának linearitása javul, ami nagyobb mérési pontosságot eredményez. Az előállított elektromos jelek váltakozó áramú részének mért időbeli fázisváltozását regisztrálni lehet és ebből az optikai úthossz időbeli változása meghatározható. Ez lehetőséget nyújt arra, hogy az optikai úthossz időbeli változását mérjük és ezáltal azoknak az eseményeknek időbeli lefolyását megvizsgálhassuk, amelyekre az optikai úthossz időbeli változása jellemző. Előnyös, ha a fotoelektromos átalakítást az interferenciakép legalább két pontjában hajtjuk végre és az ezeken a pontokon levő elektromos jelek megmért fázisaiból az optikai úthossznak az interferáló nyaláb keresztmetszetében való eloszlására jellemző értéket határozunk meg. Ezáltal lehetővé válik, hogy az optikai úthossz az interferáló fénynyaláb keresztmetszetében való eloszlását mérjük és ennek alapján azon fizikai értékek eloszlását vizsgáljuk meg, amelyeket az optikai úthossz jellemez. Célszerű az interferenciakép különböző pontjaiban az interferált fény fotoelektromos átalakításával nyert elekt-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
