190712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és lézerinterferométer megadott útszakaszon optikai úthossz mérésére
190 712 zott <5 optikai úthosszának automatikus utánhangolására. Eltérési jelként u érték szolgál, amely az összehasonlítandó fázisok különbségével arányos: u ~ <p—p* A 4. egyenletből következik, hogy a <5 optikai úthossz n 5 értékkel való változása átlagosan az elektromos jelek p fázisának 211 értékkel való változásának felel meg. Ez azt dp jelenti, hogy a találmány szerinti eljárás — átl. egyenlő 2, db 1C A (4) egyenlet nemlinearitása viszont arra vezet, hogy a szakasz keresett optikai úthosszának <5m értékei közelében, amelyek az alábbi összefüggéssel meghatározhatók dp az érzékenység (—), dó n K = - (2m—1) (6) dip az átlagénékeknek (—) OrX. rl/3/3- db szőröse lehet, ahol m egész szám. így például rj = 0,4 és ri = 1 esetében az optikai úthossz ezen pontok közelében való változásánál az érzékenység kétszeresével meghaladja az átlagértéket, azaz dp dp ,S)"-2(Ü)‘" '4 Ez a sajátosság a ő optikai úthossz mérési pontosságának növelésére használható fel, ha a találmány szerinti eljárás egy további foganatosítási módjánál először az elektromos jel p fázisértékét mérjük és p* fázisértéket előre meghatározzuk, amely a pm értékek egyikével azonos n pm = 25 = — (2m—1), r 4 15 20 25 30 amely legközelebb áll az először mért értékhez. Az előre ^ meghatározott értékeknek p* = pw felel meg az optikai úthossz egy ismert ófí értéke. A szakasz Ad optikai úthosszváltozásának regisztrált értékét levonjuk az (5) egyenletnek megfelelően az ismert őm értékből és ilymódon meghatározzuk a ő opti- 40 kai úthossznak a keresett értékét. Az A(ő) és B(ö) értékek nemállandósága, valamint a (4) egyenlet nemlinearitása miatt az optikai úthossz mérésénél hibaforrások lehetnek, különösen abban az esetben, ha a visszaverő felületek törésmutatója nagy. Ezt azzal lehet kiküszöbölni, ha az I és II komponensek polarizációinak kölcsönös átalakításánál az előre meghatározott útszakaszon az egyik komponenst elnyomjuk (2B ábra). Feltételezzük, hogy a kiinduló fénynyaláb I és II 50 komponensei cirkuláris a° és ß° polarizációjú két komponenst tartalmaz. Azon keresztmetszet mögött, amelyben 3 kettőstörőlemez van elrendezve, az 1 visszaverő elem visszaverő felületein áthaladt fény komponensei lineáris egymásra merőleges polarizációt nyernek, a kéz- ^ deti a° polarizációjú komponens a’ polarizációt kap, ß0 polarizációjú komponens ß’ polarizációt kap. Az egyik lineáris polarizációjú — pl. d — komponenst elnyomjuk; és a 2 visszaverő elem felületéhez csak a ß' polarizá- qq ciójú komponens jut. Ezen komponens egy része visszaverődik és a visszaúton a 3 kettőstörőlemez keresztmetszetében a lineáris ß' polarizációja alakul át cirkuláris a° polarizációvá, amely ezen komponens kiinduló cirkuláris ß° polarizációjához viszonyítva az elektromos térvektorának ellentétes forgási irányával jellemezhető. Ezen komponens egy része áthalad az 1 visszaverő elem felületén és második interferáló nyalábot alakít. A szóbanförgó komponens másik részének cirkuláris a° polarizációja az 1 visszaverő elem felületéről a 2 visszaverő elem felületéig átváltozik a" lineáris polarizációvá, amely ezen komponens ß' lineáris polarizációjára merőleges, ahol a ß' lineáris polarizáció az 1 visszaverő elem felületétől a 2 visszaverő elem felületéig történő első áthaladáskor jelen volt. A szóbanförgó komponens d polarizációjú maradék részét elnyomjuk. Ilymódon csak áteresztett fénynyaláb áll rendelkezésre, ezért interferenciakép nem képződik. A visszaverődött fényben a két képzett fénynyalábot keverjük és a különböző polarizációjú fényt két nyalábra osztjuk, ahol az egyik nyaláb csak egy komponenst tartalmaz és ilymódon interferenciakép nem alakul, a másik nyalábban viszont kétsugaras interferencia történik. A nyert elektromos jel egyenáramú összetevője és a váltóáramú összetevőjének amplitúdója kétsugaras interferencia esetében nem függ a & optikai úthossztól a megadott szakaszon és ezért nem lehetnek hibaforrások. A keresett ő optikai úthossz és az elektromos jel p fázisa közötti összefüggés egyszerű lineáris egyenlettel kifejezhető P = 2b (7) Ezen egyenlet megoldása szintén egyszerű: b{p) = p!2 Ebben az esetben az érzékenység nem növekszik. A lineáris függőség p = 2óa 5 optikai úthossznak a megadott szakaszon belüli teljes változási tartományban azonos pontosságú mérést biztosít. Ha a mérendő <5 optikai úthossz időben változik, azaz 6 = ó(t), egyidejűleg változik az elektromos jel p fázisa Az elektromos jel ^e>(t) fázisának folyamatos mérésével és regisztrálásával az optikai úthossz valós időbeli változását vizsgáljuk meg. A legtöbb esetben érdekes az interferenciakép megvizsgálása mint az optikai úthossznak ő(g) = ó(x,y) az interferáló nyalábok keresztmetszetében oxy koordinátasíkban való kétdimenzionálís eloszlása. Ezekben az esetekben az interferált fény fotoelektromos átalakítását az interferenciakép több q = (x,y) pontjában végezzük, az ezeken a pontokon nyert elektromos jelek p(q) = ^x,y) fázisértékeit megmérjük és a ^(x,y) fázisértékek az interferáló nyalábok keresztmetszetében való eloszlása alapján megállapíthatjuk a ő(x,y) optikai úthossznak ebben a keresztmetszetben való eloszlását. Ha ennek során olyan jelpárok fáziskülönbségét mérjük, amelyek a keresztmetszetnek azon pontpárjainak felelnek meg, amelyeket az interferogram kívánt irányai mentén kiválasztottunk, megállapíthatjuk az optikai úthossz grandienseínek értékeit ezen irányok mentén. Megjegyezzük, hogy az elektromos jelek fázisértéke abban az értelemben, ahogy a fentiekben alkalmaztuk, 10
