190712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és lézerinterferométer megadott útszakaszon optikai úthossz mérésére

1

190 712

2

2. táblázat

, . , a fenyfrekvenciat kifeiezo tenyezo,

nyalábok relatív ,, . , ,, , , , . ,

’ , .. fazistenyezo ahol a polarizáció

szama amplitúdó ' 0 oo

1

T,Tl

e-ió

1

g-ifit

2

r,r2(r,r2)

e-i3ő

e-ißt

1

3

T,T2(r,r2)J

Ci56

1

e"ißt

4

r,T2(r,r2)3

e-ißt

1

j

Tir2Cr,r2>j“1

g-i(2j-l)ó

1 (j-páratlan szám)

e "ií2t (j-páratlan szám)

e'ut (j-páros szám) 1 (j-páros szám)

A megadott útszakasz mindkét oldaláról az interferáló nyalábokat keverjük. A kevert fénynyalábot független po- ^ ^ larizációk szerint szétosztjuk.

A kevert visszaveró'dó' fény nyalábokat lineáris, egymásra merőleges polarizációjú e ' és e^' nyalábra választjuk szét és az áteresztett fénynyalábokat ellentétes 20 cirkuláris polarizációjú eQ,° és nyalábra választjuk szét.

Az újonnan alakult nyalábok mindegyikében fénynyalábok sorozatának többsugaras interferenciája történik, ahol minden soronkövetkező nyaláb az előzőtől ^ fényhullám-fáziskésleltetéssel különbözik, amelynek értéke egyenlő a 5 optikai úthossz kétszeresével, azaz 2őval, továbbá frekvenciában is különbözik, amelynek értéke felváltva és co + fi. Az interférait fény I = e • e* in- 30 tenzitása t időtől és a ő optikai úthosszától függ a megadott útszakaszon.

Az áteresztett fényben a mindenkori komponensek I°é>

(t.ő) és I

°cj> (t.ő) intenzitása az alábbiak szerint van definiálva: 35

P (t.ő) = A (Ô) + B fő) cos [fit + 2Ő + <j> fő)];

(3) 1° (t.Ő) = A (ő) + B (ő) cos[fit — 2Ő — <j>ó]: (3).

A visszaverődött fényben a mindenkori komponensek T (t.ő) és 1^. (t.ő) intenzitása az alábbi egyenletekkel fe- ^ jezhető ki:

I<(, (t.ő) = 1 - A(ő) - B(ő) cos [fit + 2 + é>(ő)J

1^, (t.ő) = 1 - A(ő) - B(ő) cos [fit - 2 - 0(ő)] (3‘).

ahol A(ő), B(ő) és <£(ő) a ő optikai úthossz periodikus függvényei, amelyek az 1, 2 visszaverő elemek felületei- 45 nek r, és r2 visszaverődési tényezőjétől függnek.

A 3. ábra diagramokat ismertet, amelyek az A(ő), B(ő) és <f>(ő) értékek a ő optikai úthossztól való függvényét szemléltetik különböző r, és r2 visszaverődési tényezők ^ esetében.

Az interferált fény I°a, I0^, I’a és intenzitását mindegyik nyalábban átalakítjuk elektromos jelekre.

Az elektromos jel egyenáramú összetevője arányos A(ő)-vel, a váltóáramú összetevőjének amplitúdója ará- 55 nyos B(ő)-vel, miközben a váltóáramú összetevő fázisa az alábbi összefüggéssel határozható meg:

<p = 2ő + </>(ő) (4)

A (3) és (3') összefüggésből, valamint a 3. ábrán levő diagramokból következik, hogy kis r, és r2 visszaverődési tényezők esetében ő változásánál az elektromos jel egyenáramú összetevője és váltóáramú összetevőjének amplitúdója kismértékben változik. A visszavert fényben az egyenáramú összetevő megközelíti a jel amplitúdóját, 55

azaz az elektromos jel modulációjának mélysége közel 1. Az áteresztett fényben az egyenáramú összetevő jelentősen meghaladja a jel amplitúdóját, emiatt a modulációmélység kicsi. Ebben az esetben a ó(ó) fázistorzítások kicsik és a (4) egyenlet megközelítően lineárissá válik.

Az r, és r2 visszaverődési tényezők növekedésével az egyenáramú összetevő, az amplitúdó és a ó(ő) fáziseltorzítás változása ugrásszerűen nő. A visszaverődött interferált fény fotoelektromos átalakításánál nyert jel modulációmélysége csökken és az áteresztett interferált fény fotoelektromos átalakításánál nyert jel modulációmélysége pedig nő. Ebben az esetben a (4) egyenlet nemlinearitása erősödik.

A 5 optikai úthossz megadott szakaszon való meghatározására a találmány szerint megmérjük az elektromos jelek <p fázisát és a (4) egyenlet megoldásával megállapítjuk a keresett ô optikai úthossz értékét ő = ófyr). Figyelembe kell venni, hogy a kiinduló fénynyalábban leválasztott cirkuláris a° és ß° polarizációk esetében, ahol az elektromos térvektorok forgási iránya ellentétes, az interferáló nyalábok a visszaverődött fényben cirkuláris a° és 0° poiarizációjúak az áteresztett fényben pedig lineáris a és ß' poiarizációjúak. emiatt a kevert visszaverődött fény nyalábok cirkuláris polarizációjú í0a és e°ß komponensekre és a kevert áteresztett fénynyalábok lineáris polarizációjú ea és ' komponensekre oszthatók. Az így nyert elektromos jelek alakja és a találmány szerinti eljárás lépéseinek sorrendje emiatt nem változik.

A találmány szerinti eljárás egy másik foganatosítási módjánál előre meghatározunk <p* fázisértéket <p* = 2ő*. amelynek ő* optikai úthossz egy ismert értéke felel meg. Az útszakasz 5* optikai úthosszát megváltoztatjuk, pl. a visszaverő felület eltolásával vagy a törésmutató a megadott szakasz ismert részében való változtatásával.

Egyidejűleg megmérjük az elektromos jel <p fázisát és összehasonlítjuk a mért értéket az előre meghatározott ip* fázisértékkel. Abban a pillanatban, amikor a mérendő <p érték ip* értékkel egybeesnek, regisztráljuk a Aő optikai úthossz változását. Az útszakasz Aő optikai úthosszváltozásának regisztrált értékét levonjuk az optikai úthossz ő* ismert értékéből és ilymódon megállapítjuk a keresett ő optikai úthosszát

ő = ő* — Aő = - <p* — Aő (5)

2

A találmány szerinti eljárás ezen foganatosítási módját alkalmazhatjuk az útszakasz megadott előre meghatáro-9