CS231247B1 - Optical system of detection unit in laser interferometer - Google Patents
Optical system of detection unit in laser interferometer Download PDFInfo
- Publication number
- CS231247B1 CS231247B1 CS833681A CS368183A CS231247B1 CS 231247 B1 CS231247 B1 CS 231247B1 CS 833681 A CS833681 A CS 833681A CS 368183 A CS368183 A CS 368183A CS 231247 B1 CS231247 B1 CS 231247B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- polarizing
- light
- detection unit
- approximately non
- beams
- Prior art date
Links
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
Soustava sestává z přibližně nepolarizujícího děliče e polarizujících děličů umístěných v každém z rozdělených svazků světla. Podstatou soustavy je, že polarizující děliče jsou v prostoru orientovány vůči sobě* pod úhlem 03 = are tg kde Rz a R„ jsou odrazivosti přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmé a rovnoběžné k rovině dopadu dopadajícího svazku světla. Optická soustava je určena zejména pro detekci interferenčních signálů v laserovém interferometru.The system consists of an approximately non-polarizing splitter and polarizing splitters located in each of the divided light beams. The essence of the system is that the polarizing splitters are oriented in space relative to each other* at an angle 03 = are tg where Rz and R„ are the reflectivities of the approximately non-polarizing splitter in a plane perpendicular and parallel to the plane of incidence of the incident light beam. The optical system is intended primarily for the detection of interference signals in a laser interferometer.
Description
(54) Optická soustava detekční jednotky v laserovém interferometru(54) Optical system of the detection unit in a laser interferometer
Soustava sestává z přibližně nepolarizujícího děliče e polarizujících děličů umístěných v každém z rozdělených svazků světla.The system consists of an approximately non-polarizing splitter and polarizing splitters located in each of the split light beams.
Podstatou soustavy je, že polarizující děliče jsou v prostoru orientovány vůči sobě* pod úhlemThe essence of the system is that the polarizing dividers are oriented in space relative to each other* at an angle
03 = are tg kde Rz a R„ jsou odrazivosti přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmé a rovnoběžné k rovině dopadu dopadajícího svazku světla.0 3 = are tg where Rz and R„ are the reflectivities of an approximately non-polarizing splitter in a plane perpendicular and parallel to the plane of incidence of the incident light beam.
Optická soustava je určena zejména pro detekci interferenčních signálů v laserovém interferometru.The optical system is intended primarily for the detection of interference signals in a laser interferometer.
23,24723,247
Vynález se týká optická soustavy detekční jednotky v laserovém interferometru určená pro detekci interferenčních signálů.The invention relates to an optical system of a detection unit in a laser interferometer intended for detecting interference signals.
Laserový interferometru sestává principiálně ze zdroje záření, kterým je jednofrekvenční laser, vlastního interferometru a detekční jednotky, v níž se získávají interferenční signály z výstupního svazku světla z vlastního interferometru, obsahující informaci o smyslu pohybu vlnoploch obou interferujících svazků světla mezi sebou. Pro získání dvou signálů v kvadratuře se obvykle používá interference dvou kruhově polarizovaných svazků světla opačná orientace, z nichž se vyberou vhodná kmitosměry svazků světla, které dopadají na detektory.A laser interferometer consists in principle of a radiation source, which is a single-frequency laser, the interferometer itself and a detection unit, in which interference signals are obtained from the output beam of light from the interferometer itself, containing information about the direction of movement of the wavefronts of the two interfering beams of light with respect to each other. To obtain two signals in quadrature, the interference of two circularly polarized beams of light of opposite orientation is usually used, from which suitable frequency directions of the beams of light that fall on the detectors are selected.
Dosavadní uspořádání detekčních jednotek používá obvykle dělicích destiček s tzv. přibližně nepolarizujícími vrstvami, která rozdělí svazky paprsků, vystupující z interferometru a výběr vhodných kmitosměrů se v každém rozděleném svazku provede pomocí polarizačního filtru, za kterým jsou umístěny detektory. Nevýhodou tohoto uspořádání jo, žo polarizační filtry mají značné ztráty a zeslabí svazky paprsků, dopadajících na detektory. Použití polarizačních filtrů tzn. polarizátorů má dále nevýhodu, v tom, že pouze potlačí a nedovolí využít ortogonální složky kruhově polarizovaných svazků, vystupujících z interferometru.The current arrangement of detection units usually uses dividing plates with so-called approximately non-polarizing layers, which divide the beam bundles emerging from the interferometer and the selection of suitable frequency directions in each divided beam is carried out using a polarization filter, behind which the detectors are located. The disadvantage of this arrangement is that polarization filters have significant losses and weaken the beam bundles incident on the detectors. The use of polarization filters, i.e. polarizers, has a further disadvantage in that they only suppress and do not allow the use of orthogonal components of circularly polarized beams emerging from the interferometer.
Z obou těchto důvodů je účinnost dělení v dosavadním uspořádání detekčních jednotek malá. Dosavadní detekční jednotky nejsou rovněž universální a nedovolují použiti interferometrů, pracujících s ortogonálními lineárně polarizovanými svazky světla.For both of these reasons, the efficiency of the separation in the existing arrangement of the detection units is low. The existing detection units are also not universal and do not allow the use of interferometers operating with orthogonal linearly polarized light beams.
Značného zlepšení uspořádání detekční jednotky ee dosáhne použitím Ideálně nepolarizujícího děliče (R„ - R2, T, = T4, = 0) a polarizujících děličů, která jsou vůči sobě natočeny o úhel 49° v prostoru. Ideálně nepolarizující dělič so dá jen velmi obtížně realizovat. Daleko snáze lze vyrobit přibližně nepolarizující dělič. Polarizující děliče je potom nutné natočit vůči sobě o úhel jiný než 45°, a oba polarizující dělič· musí být vhodně orientovány vůči děliči přibližně nepolarizujícímu. Rovina dopadu svazku světla přibližně nepolarizujícího děliče a jednoho z polarizujících děličů musí být shodná.A significant improvement in the arrangement of the detection unit ee is achieved by using an ideally non-polarizing splitter (R„ - R 2 , T, = T 4 , = 0) and polarizing splitters, which are rotated relative to each other by an angle of 49° in space. An ideally non-polarizing splitter can be realized only with great difficulty. It is much easier to produce an approximately non-polarizing splitter. The polarizing splitters must then be rotated relative to each other by an angle other than 45°, and both polarizing splitters must be appropriately oriented relative to the approximately non-polarizing splitter. The plane of incidence of the light beam of the approximately non-polarizing splitter and one of the polarizing splitters must be identical.
Dosavadní nevýhody tedy odstraňuje optická soustava detekční jednotky v laserovém interferometru, sestávající z přibližně nepolarizujícího děliče a polarizujících děličů, umístěných v každém z rozdělených svazků světla, jejíž podstatou vynálezu je to, že polarizující děliče jsou v prostoru vůči sobě orientovány pod úhlem θ= are tg l/w4· , y Λ n kde Rj a S, jsou odrazivostí přibližně nepolarizujícího děliče v rovině kolmá a rovnoběžná k rovině dopadu dopadajícího svazku světla.The existing disadvantages are therefore eliminated by the optical system of the detection unit in the laser interferometer, consisting of an approximately non-polarizing splitter and polarizing splitters, located in each of the divided light beams, the essence of the invention of which is that the polarizing splitters are oriented in space relative to each other at an angle θ= are tg l/w 4 · , y Λ n where Rj and S, are the reflectances of the approximately non-polarizing splitter in the plane perpendicular and parallel to the plane of incidence of the incident light beam.
Předností optické soustavy detekční jednotky podle vynálezu je, že neklade vysoká nároky na parametry optických elementů, celková uspořádání je jednoduchá a poskytuje plný kontrast interferenčních signálů.The advantage of the optical system of the detection unit according to the invention is that it does not place high demands on the parameters of the optical elements, the overall arrangement is simple and provides full contrast of interference signals.
Vynález blíže objasňuje přiložený výkres, na němž je vysvětlen princip funkce navržená detekční jednotky.The invention is further explained in the attached drawing, which explains the principle of the proposed function of the detection unit.
Sjednocená svazky fi fi, referenční a měřicí, vystupující z vlastního interferometru, jsou bud ortogonálně lineárně polarizovaná nebo kruhově polarizovaná opačná orientace.The combined fi fi beams, reference and measurement, emerging from the interferometer itself are either orthogonally linearly polarized or circularly polarized in opposite orientation.
V prvém případě lineárně polarizovaných svazků je na vstupu detekční jednotky potřebná čtvrtvlnná zpoždovecí destička £, která vytváří z referenčního, resp. měřicího svazku kruhově polarizované světlo s opačnou orientací pro referenční, resp. mfiřicí svazek.In the first case of linearly polarized beams, a quarter-wave delay plate £ is required at the input of the detection unit, which creates circularly polarized light from the reference or measuring beam with the opposite orientation to the reference or measuring beam.
Vyjádříme referenční, resp. měřicí svazek, která jsou ortogonálně lineárně polarizovány po výstupu z vlastního interferometru, Jonesovým vektorem:We express the reference and measurement beams, respectively, which are orthogonally linearly polarized after exiting the interferometer itself, by the Jones vector:
εε
kde Ε) je elektrický vektor referenčního svazku a,where Ε) is the electric vector of the reference beam a,
E2 * K,ei<’ lE-j je elektrický vektor měřicího svazku £.E 2 * K,e i< ' lE-j is the electric vector of the measuring beam £.
Pro vrstvy přibližně nepolarizujícího děliče 2 předpokládáme, že platí:For the layers of an approximately non-polarizing divider 2, we assume that:
R„ = Tj ; Rj = T „ ; - s„ = ( h - ϊ„ - 180°) = 0, kde R„ , Rj je odrazivost přibližně nepolarizujícího děliče 2 pro složku záření rovnoběžnou, resp. kolmou k rovině dopadu,R„ = Tj ; Rj = T „ ; - s„ = ( h - ϊ„ - 180°) = 0, where R„ , Rj is the reflectivity of the approximately non-polarizing divider 2 for the radiation component parallel or perpendicular to the plane of incidence, respectively,
T„ , Tj je propustnost přibližně nepolarizujícího děliče 3 pro složku záření rovnoběžnou, resp. kolmou k rovině dopadu, áB, J-R, je fázový posuv na odraz, resp. průchod.T„ , Tj is the transmittance of the approximately non-polarizing divider 3 for the radiation component parallel or perpendicular to the plane of incidence, and B , J- R , is the phase shift for reflection or transmission.
Tato podmínka zajiětuje, že světlo propuštěné i odražené přibližně nepolarizujícím děličem bude mít stejnou intenzitu, přičemž azimut tohoto vytvořeného elipticky polarizovaného světle bude 0° nebo 90°.This condition ensures that the light transmitted and reflected by the approximately non-polarizing splitter will have the same intensity, with the azimuth of this elliptically polarized light being 0° or 90°.
Pro první svazek a) ti světla procházející přibližně nepolarizujícím děličem 2, který je dále odrážen polarizujícím děličem platí:For the first beam a) ti of light passing through an approximately non-polarizing splitter 2, which is further reflected by a polarizing splitter, the following applies:
e1!“ ,5T ύ e12 • ATe 1 !“ ,5T ύ e 1 2 • AT
E, £ 1 - K1 (sin v, + cos é, )J 0 kde Jonesovy matice pro: polarizující dělič J:E, £ 1 - K 1 (sin v, + cos é, )J 0 where the Jones matrices for: polarizing divider J:
H OH Lo oJ přibližně nepolarizující dělič í na průchod:H OH Lo oJ approximately non-polarizing divider per pass:
čtvrtvlnnou zpožďovací destičku 2:quarter-wave delay plate 2:
ei2 r 0 0 1|T, e_iT ei 2 r 0 0 1|T, e _i T
G P 2 Li iJG P 2 Li iJ
Pak intenzita světla na detektoru £ je:Then the light intensity at the detector £ is:
I2 = A2 [i + K2 - 2 K2 sin «>,] kde A je amplituda elektrické složky pole pro K, = 1:I 2 = A 2 [i + K 2 - 2 K 2 sin «>,] where A is the amplitude of the electric component of the field for K, = 1:
i2 = A2 [i - sin <p,]i 2 = A 2 [i - sin <p,]
Pro druhý svazek g2 £2 světla odražený přibližně nepolarizujícím děličem který prochází polarizujícím děličem platí:For the second beam g 2 £ 2 of light reflected by an approximately non-polarizing splitter which passes through a polarizing splitter, the following holds:
C2 βχ e1“ (Ε, + iE2) + C2S2 β„ e_iT <E2 + i E, .C?S2 Οχ e1^ (E. + iE2) + S2 O,, e_i^ (E2 + iE1 > _ kde: C2 = cos &y S2 = sin Sj jsou cos a sin azimutálního úhlu roviny propustnosti polarizujícího děliče £ a Jonesovy matice pro: polarizující dělič 1 rc2 C2 c2s2pod úhlem ©y .C2s2 s2 a přibližně nepolarizující dělič £ na odraz:C 2 βχ e 1 “ (Ε, + iE2) + C 2 S 2 β„ e _i T <E2 + i E, .C?S2 Οχ e 1 ^ (E. + iE2) + S 2 O,, e _i ^ (E 2 + iE 1 > _ where: C 2 = cos &y S 2 = sin Sj are the cos and sin of the azimuthal angle of the plane of transmission of the polarizing divider £ and the Jones matrix for: polarizing divider 1 r c 2 C 2 c 2s 2 at an angle ©y .C 2 s 2 s 2 and approximately non-polarizing divider £ on reflection:
Za předpokladu 8r-> 0, K, = 0 a platí-li pro natočení polarizujícího děličeAssuming 8r -> 0, K, = 0 and if the rotation of the polarizing divider holds
0-, = are tg0-, = are tan
Ba a dále dostaneme pro intenzitu na detektoru £,:And further we get for the intensity on the detector £,:
(R„ + r2) . Rx Cg 2 .(Rn + r 2 ) . R x Cg 2 .
+ cos <p,) kde A je amplituda elektrické složky pole.+ cos <p,) where A is the amplitude of the electric component of the field.
Oba signály I, a I2 jsou interferujících svazků světla tedy v kvadratuře a za předpokladu stejných intenzit obou (Κ, = 1) mají plný kontrast.Both signals I, and I 2 are interfering light beams, i.e. in quadrature and, assuming the same intensities of both (Κ, = 1), have full contrast.
Na obrázku je praktický příklad provedení. Předpokládáme pravoúhlý souřadný systém xvz. kde osa £ je osou šíření svazku světla a roviny kmitů referenčního a měřicího svazku spadají do os 2, resp. y. V cestě sjednoceného svazku g £ světla z' vlastního interferometru je vložena čtvrtvlnná zpožďovací destička J. a za ní přibližně nepolarizující dělič £. Propuštěný svazek jako první rozdělený svazek g, i, světla dopadá na první polarizující dělič 2 a jeho odražená část, tj. třetí svazek gj £3 přichází na první detektor £. Druhý rozdělený svazek g2 světla odražený od přibližně nepolarizujícího děliče 2, dopadá na druhý polarizující dělič £, který je natočený kolem osy svazku o úhel vůči ose 4 a jeho propuštěná část, tj. čtvrtý svazek g4 přichází na druhý detektor 6.The figure shows a practical example of the implementation. We assume a rectangular coordinate system xvz. where the axis £ is the axis of propagation of the light beam and the planes of oscillation of the reference and measuring beams fall into the axes 2 and y, respectively. In the path of the unified beam g £ of light z' of the interferometer itself, a quarter-wave delay plate J is inserted and behind it an approximately non-polarizing splitter £. The transmitted beam as the first divided beam g, i, of light falls on the first polarizing splitter 2 and its reflected part, i.e. the third beam gj £3, arrives at the first detector £. The second divided beam g 2 of light reflected from the approximately non-polarizing splitter 2, falls on the second polarizing splitter £, which is rotated around the beam axis by an angle with respect to the axis 4 and its transmitted part, i.e. the fourth beam g 4 arrives at the second detector 6.
Funkce detekční jednotky podle obrázku je následující: Sjednocený svazek g & z vlastního interferometru obsahuje v sobě referenční svazek g a měřicí svazek £, které jsou ortogonálně lineárně polarizovány a mají společnou osu šíření. Předpokládáme-li pravoúhlý souřadný systém xvz. je osou šíření sjednoceného svazku g £ světla osa g. Vektory elektrického pole referenčního a měřicího svazku g £ světla spadají do os 2> resp. y. čtvrtvlnná zpožďovací destička 1 vytváří při azimutu θ= 45° z referenčního, resp. měřicího svazku s azimutem 0®, resp. 90° kruhově polarizované světlo s opačnou orientací pro referenční, resp. měřicí svazek g Průchodem a odrazem od přibližně nepolarizujícího děliče £ vzniká eliptic Ky polarizovaná světlo opačné orientace, jak pro první svazek g, , tak i pro druhý rozdě5The function of the detection unit according to the figure is as follows: The unified beam g & z of the interferometer itself contains the reference beam g and the measurement beam £, which are orthogonally linearly polarized and have a common propagation axis. Assuming a rectangular coordinate system xvz. the propagation axis of the unified beam g £ of light is the g axis. The electric field vectors of the reference and measurement beams g £ of light fall into the 2> and y axes, respectively. The quarter-wave retardation plate 1 creates at an azimuth θ= 45° from the reference, respectively. measurement beam with an azimuth of 0® and 90°, respectively, circularly polarized light with the opposite orientation for the reference, respectively. measurement beam g. By passing through and reflecting from the approximately non-polarizing splitter £, elliptically polarized light of the opposite orientation is created, both for the first beam g, , and for the second beam.
23,247 lený svazek fl2 ÍÍ2 světla' dodržení podmínek pro přibližně nepolarisujlcí dělič j*:23.247 len beam fl 2 ÍÍ2 light ' compliance with the conditions for an approximately non-polarizing splitter j*:
R„=T1( Rx = T „ , «x- «„ = ( - J·, - ,80°) = 0 bude mít světlo propuštěné i odražené přibližně nepolarizujícím děličem 2 stejnou intensitu přičemž azimut tohoto vytvořeného elipticky polarizovaného světla bude 0° nebo 90° dle parametrů děliče. První rozdělený svazek a, fcj světla se dělí déle na prvním polarizujícím děliči J a jeho odražené část, tj. třetí svazek a3 fc3 vytvéří dopadem na první detektor £ základní elektrický signál s nulovou fází. Elektrický signál v kvadratuře se získává z druhého detektoru í, na který dopadá část tvořící čtvrtý svazek £4 Í4 druhého rozděleného svaz ku £2 &2 světla propuštěná druhým polarizujícím děličem 1, otočným kolem svá osy a nastaveným na úhelR„=T 1( R x = T „ , « x - «„ = ( - J·, - ,80°) = 0 the light transmitted and reflected by the non-polarizing splitter 2 will have approximately the same intensity, while the azimuth of this elliptically polarized light created will be 0° or 90° according to the splitter parameters. The first divided beam a, fcj of light is divided longer by the first polarizing splitter J and its reflected part, i.e. the third beam a 3 fc 3, will create a basic electrical signal with zero phase by impacting the first detector £. The electrical signal in quadrature is obtained from the second detector í, on which the part forming the fourth beam £4 Í4 of the second divided beam to £ 2 &2 of light transmitted by the second polarizing splitter 1, rotated around its axis and set to an angle
vůči prvnímu polarizujícímu děliči J. Přitom je dosaženo plného kontrastu u obou signálů.to the first polarizing divider J. In this case, full contrast is achieved for both signals.
Optická soustava je určena zejména pro detekci interferenčních sijpiálů v laserovém interferometru.The optical system is intended primarily for the detection of interference sigpials in a laser interferometer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS833681A CS231247B1 (en) | 1983-05-25 | 1983-05-25 | Optical system of detection unit in laser interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS833681A CS231247B1 (en) | 1983-05-25 | 1983-05-25 | Optical system of detection unit in laser interferometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS368183A1 CS368183A1 (en) | 1984-02-13 |
| CS231247B1 true CS231247B1 (en) | 1984-10-15 |
Family
ID=5377591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS833681A CS231247B1 (en) | 1983-05-25 | 1983-05-25 | Optical system of detection unit in laser interferometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS231247B1 (en) |
-
1983
- 1983-05-25 CS CS833681A patent/CS231247B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS368183A1 (en) | 1984-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4028427B2 (en) | Interferometer that eliminates beam walk-off using beam retrace | |
| US7280221B2 (en) | High efficiency low coherence interferometry | |
| US5267078A (en) | Optical isolator | |
| CA2354361A1 (en) | Virtual waveplate and optical channel interleaver formed therewith | |
| US7800755B1 (en) | High-speed polarimeter having a multi-wavelength source | |
| CN115629447B (en) | A four-in-one spatial light delay self-interferometer | |
| US3635552A (en) | Optical interferometer | |
| CN108205173A (en) | A kind of miniaturization optical circulator | |
| US4850041A (en) | Laser radar with adjustable local oscillator | |
| CN101111739A (en) | Fizeau interferometer with simultaneous phase shift | |
| US3512868A (en) | Apparatus for forming a beam of light | |
| US7280770B2 (en) | Polarization diverse optical receiver using a polarization-dependent beam splitter | |
| CS231247B1 (en) | Optical system of detection unit in laser interferometer | |
| JPH05506304A (en) | Interferometer for determining the position or movement of movable measuring mirrors, etc. | |
| CN101694369B (en) | Simultaneous phase-shifting Fizeau interferometer | |
| RU2025655C1 (en) | Interferometer for measuring displacements | |
| US20130094087A1 (en) | Tunable filter using a wave plate | |
| JP4028428B2 (en) | Compact beam retrace optics for eliminating beam walk-off in interferometers | |
| EP1252489A2 (en) | Optical spectrum analyzer | |
| SU1640530A1 (en) | Optical interferometer | |
| CN221765726U (en) | Echo receiving system and laser radar | |
| EP0492437A1 (en) | Polarization independent optical isolator | |
| JPH085329A (en) | Lattice-interference type displacement detector | |
| CA2394329C (en) | Optical spectrum analyzer | |
| GB2227830A (en) | An interferometer arrangement |