ИНТЕРФЕРОМЕТР

Настоящая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в системах оптической динамической памяти на фоторефрактивных кристаллах, в установках, предназначенных для косвенных измерений диффузионной длины носителей заряда в фотопроводниках методами нестационарной фотоэлектродвижущей силы (нестационарной фотоЭДС), динамической интерференционной решетки, стационарной решетки фотоиндуцированных носителей заряда или методом двухволнового взаимодействия.
Известны применяемые в указанных выше областях интерферометрические устройства, представляющие собой модификации интерферометра Маха-Цандера.
Так, известен интерферометр (см. патент RU 2255306, МПК G01В 9/02, опубликована 27.06.2005), состоящий из лазера, светоделителя, делящего пучок света от лазера на два пучка, двух зеркал, направляющих каждый из двух пучков света на фотоприемник, чувствительный к пространственному распределению интерференционного поля, расположенный на пути встречных световых пучков между зеркалами.
Известный интерферометр предназначен для измерения линейных перемещений, электронной записи и считывания голографических изображений, других физических величин, связанных со сдвигом интерференционных полос, однако он не позволяет перестраивать частоту интерференционной картины.
Известен интерферометр (см. патент US 5771097, МПК G01В 9/02, опубликован 23.06.1998), включающий оптическую скамью, на которой установлена оптическая система, содержащая источник монохроматического излучения, первый светоделитель, делящий свет на два пучка, направляемых зеркалами на второй светоделитель, интерференционная картина с которого поступает на устройство детектирования.
Известный интерферометр не обладает свойством перестройки частоты интерференционной картины.
Известен интерферометр (см. патент CN 202101764, МПК G01J 9/02, опубликован 04.01.2012), включающий лазер, первый светоделитель, делящий лазерное излучение на два пучка, первое и второе зеркала для направления соответственного первого и второго пучков лазерного излучения на второй делитель и далее на детектор, регистрирующий комплексные амплитуды для оценки качества лазерного излучения.
В известном интерферометре не предусмотрена возможность перестройки частоты интерференционной картины.
Известен интерферометр представляющий собой модифицированный
интерферометр типа Маха-Цандера, совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. A.I. Grachev, А.А. Kamshilin, Р.М. Karavaev, V.V. Prokofiev, "Advances in Photorefractive Materials, Effects and Devices", Vol.62, 2001, с.256-261). Интерферометр-прототип содержит источник монохроматического излучения, светоделитель для разделения монохроматического излучения на два пучка, первое, второе и третье плоские зеркала, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, направляющие монохроматическое излучение на исследуемый образец. Образец устанавливают таким образом, чтобы нормаль к поверхности образца была направлена вдоль биссектрисы угла (оси системы) образованного сходящимися на образце лучами монохроматического излучения. В результате на образце образуется линейчатая интерференционная картина с пространственной частотой, определяющейся углом между падающими на образец лучами монохроматического излучения в соответствии с формулой:
;
-1
где Λ - пространственная частота, линии/мм;
θ - угол между лучами света, сходящимися на образце, градусы;
λ - длина волны света, мм.
Регулирование пространственной частоты обеспечивается изменением угла θ между лучами, что достигается поворотом направляющих свет зеркал на поворачиваемых подвижках на один и тот же угол относительно оси системы. При этом, для того чтобы интерференционная картина создавалась на поверхности (в объеме) образца, при каждой, заданной углом поворота зеркал, пространственной частоте, необходимо перемещать образец вдоль оси системы.
Интерферометр-прототип позволяет проводить косвенные измерения диффузионной длины носителей заряда в фотопроводниках методом нестационарной фотоэлектродвижущей силы (нестационарной фотоЭДС) или методом двухволнового взаимодействия за счет перестройки пространственной частоты интерференционной картины на поверхности (в объеме) образца. Недостатком интерферометра-прототипа является низкая точность определения угла между лучами монохроматического излучения и, как следствие, низкая точность определения пространственной частоты интерференционной картины. Кроме того, измерения при помощи интерферометра-прототипа трудоемки, особенно в области малых пространственных частот.
Задачей полезной модели являлось разработка такого интерферометра, который бы обеспечивал повышение точности и снижение трудоемкости измерений, особенно в области малых пространственных частот.
Поставленная задача решается тем, что интерферометр содержит источник когерентного излучения, светоделитель для разделения когерентного излучения на два пучка, первое неподвижное плоское зеркало, второе и третье плоские зеркала, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, вогнутое цилиндрическое зеркало в виде поверхности параллельного переноса, образующая которой параллельна вертикальной оси. Профиль поверхности вогнутого цилиндрического зеркала, лежащий в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси, образован контурами двух эллипсов, расположенных под углом друг к другу и имеющих один общий первый фокус. В двух вторых фокусах эллипсов установлены соответственно второе и третье плоские зеркала.
Новым в настоящем интерферометре является вогнутое цилиндрическое зеркало в виде поверхности параллельного переноса, образующая которой параллельна вертикальной оси, профиль поверхности вогнутого цилиндрического зеркала образован контурами двух эллипсов, расположенных под углом друг к другу и имеющих один общий первый фокус, в двух вторых фокусах которых установлены соответственно второе и третье плоские зеркала.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где:
на фиг.1 показана схема интерферометра-прототипа;
на фиг.2 приведена схема настоящего интерферометра;
на фиг.3 показано построение поверхности вогнутого цилиндрического зеркала.
Изображенный на фиг.1 интерферометр-прототип содержит источник 1 когерентного излучения (лазер), светоделитель 2, первое, второе и третье плоское зеркала 3, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси (перпендикулярной плоскости чертежа), например, установленные на поворачиваемые подвижки. Когерентное линейно поляризованное излучение от лазера 1 направляют на светоделитель 2, делящий исходный пучок когерентного излучения на два пучка 4. Затем каждый полученный пучок 4 когерентного излучения направляется на плоские зеркала 3, направляющие пучки 4 когерентного излучения на исследуемый образец 5, на поверхности (в объеме) которого создается интерференционная картина. Образец 5 устанавливают таким образом, чтобы нормаль к поверхности образца 5 была направлена вдоль биссектрисы (оси 6 системы) угла θ, образованного сходящимися на образце 5 пучками 4 когерентного излучения. Для того чтобы интерференционная картина создавалась на поверхности (в объеме) образца 5, при каждой, заданной углом поворота зеркал 3, пространственной частоте, необходимо перемещать образец 5 вдоль оси 6 системы.
2а, 2b
2а,b
2а,b
1а
1b
Настоящий интерферометр (см. фиг.2) содержит источник 1 когерентного излучения, светоделитель 2 для разделения когерентного излучения на два пучка 4 когерентного излучения, первое неподвижное плоское зеркало 7, второе и третье плоские зеркала 3, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, и вогнутое цилиндрическое зеркало 8 в виде поверхности параллельного переноса, образующая которой параллельна вертикальной оси. Профиль поверхности вогнутого цилиндрического зеркала 8 (фиг.3), лежащий в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси, образован контурами (внешними, относительно оси 6 системы, участками 9, лежащими слева от прямой 10, проходящей перпендикулярно оси 6 системы через точку оси, где расположен общий фокус (F) двух эллипсов 11, расположенных под углом друг к другу, например под углами 45° и -45°, симметрично относительно оси 6 системы, так что имеют один общий первый фокус Р. В точке оси 6 системы, где находится общий первый фокус F располагают образец 5, в правых вторых фокусах (F и F) эллипсов И располагают поворачивающиеся зеркала 3 (см. фиг.2).
1a
1b
2а
Как известно, луч света, вышедший из одного фокуса эллипса, при отражении от эллипса попадает в другой фокус (Борн М., Вольф Э., "Основы оптики", М, Наука, 1973). Таким образом, в настоящем интерферометре, в котором применено описанное выше вогнутое цилиндрическое зеркало 8, любые пучки 4 когерентного излучения, вышедшие из правых вторых фокусов (F и F) после отражения от вогнутого цилиндрического зеркала 8 попадают на образец 5, установленный в точке, где левые фокусы совпадают, общий первый фокус F. Такая конструкция не требует перемещения образца 5 при изменении угла θ между падающими на образец 5 пучками 4 когерентного излучения, что повышает точность и снижает трудоемкость измерений.
1a
1b
1а
1b
1a
1b
Настоящий интерферометр используют следующим образом. Для создания интерференционной картины с определенной пространственной частотой пучки 4 когерентного излучения из светоделителя попадают на первое плоское зеркало 7, направляющее свет на третье плоское зеркало 3 и на второе плоское зеркало 3, установленные в точках правых фокусов эллипсов (F и F), и затем на вогнутое цилиндрическое зеркало 8, таким образом, чтобы точки падения пучков 4 когерентного излучения на вогнутое цилиндрическое зеркало 8 были симметричны относительно оси 6 системы. При этом на образце 5 будет создаваться интерференционная картина, представляющая собой синусоидальное распределение интенсивности когерентного излучения пространственной частотой, определяемой углом θ между падающими на образец 5 пучками 4 когерентного излучения. Перестройку пространственной частоты осуществляют за счет поворота плоских зеркал 3 на поворачиваемых подвижках, установленных в точках правых фокусов (F и F) эллипсов 11. Возможна непрерывная и дискретная регулировка пространственной частоты. При регулировке плоские зеркала 3 на поворачиваемых подвижках, установленные в точках правых фокусов эллипсов (F и F), синхронно поворачивают вручную или при помощи, например, шаговых электромоторов, таким образом, чтобы точки падения пучков когерентного излучения на вогнутое цилиндрическое зеркало 8 были симметричны относительно оси системы.
Таким образом, в настоящем интерферометре за счет использования вогнутого цилиндрического зеркала достигается повышение точности и снижение трудоемкости измерений, особенно в области малых пространственных частот.