Лазерный гетеродинный интерферометр и электрооптический модулятор

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных и управляющих системах металлообрабатывающих станков. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения погрешностей, связанных с устранением неконтролируемой разности фаз, появляющейся при произвольной ориентации лазера и расщепителя, и с устранением паразитных боковых частот путем снижения напряженности электрического поля у краев планарных электродов в электрооптическом модуляторе. Луч лазера 1 разделяется на два пучка 3, 4 с помощью расщепителя 2 и вновь соединяется после прохождения в пучке 4 исследуемой среды узлом 9 совмещения. В опорном плече интерферометра расположен узел 5 поворота плоскости поляризации. С помощью электрооптического модулятора 10 осуществляется перенос сдвига фазы оптического сигнала, вызванного исследуемой фазой, на боковую частоту. Приемник 11 излучения осуществляет детектирование сигнала, а разность фаз регистрируется с помощью измерителя 12 разности фаз. За счет изменения плоскости поляризации в опорном плече на 90° устраняется погрешность, вызванная нестабильностью положения лазера относительно расщепителя. Разность потенциалов токопроводящих канавок модулятора по отношению к рабочей области в пластине из керамики с квадратичным электрооптическим эффектом имеет сдвиг фаз 120°, что обеспечивает перемещение положения оптической оси светового пучка, проходящего через рабочую область с постоянной угловой скоростью Ω, и, таким образом, его модуляции с частотой Ω. Использование токопроводящих канавок уменьшает неоднородность напряженности электрического поля, что снижает уровень паразитных боковых частот. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„, 566214

А1

ЦО 9* I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2 <) 4291994/24-28 (22) 30. 07. 87 (46) 23.05.90. Бюл, К 19 (72) Э.Э,Клотиньш, П,О,Крейцбергс, А,А.Орлов и А.P.штернберг (53) 531.71:535,411 (088.8) (56) Optics letters, 1986,;!1, У 11, р, 718.

Патент СЛА Ф 3512864, кл, G 02 F 3/00, 1970. (54) ЛАЗЕРНЬ1Й ГЕТЕРОДИННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР

2 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в отсчетных управляющих системах мет аллообраб атыв ающих ст анков ..

Цель изобретения — повышение точности за счет устранения погрешностей, свяs анных с устранением неконтролируемой разности фаз, появляющейся при произвольной ориентации лазера и расщепителя, и с устранением паразитных боковых частот путем снижения напряженности электрического поля у краев ппанарных электроцов в электрооптическом

1566214

1Ех 1

Ех е. 1 ос Е„ е

Еу е модуляторе, Луч лазера i разделяется на два пучка 3, 4 с помощью расщепителя 2 и вновь соединяется после прохождения в пучке 4 исследуемой среды узлом 9 совмещения, В опорном плече интерферометда расположен узел

5 поворота плоскости поляризации, С помощью электрооптического модулятора 10 осуществляется перенос сдвига фазы оптического сигнала, вызванного исследуемой фазой, на боковую частоту. Приемник 11 излучения осущест" вляет детектирование сигнала, а разность фаз регистрируется с помощью измерителя 12 разности фаз. За счет изменения плоскости поляризации в опорном плече на 90 устраняется

Изобретение относится к из мерительной технике и может быть использовано в отсчетных и управляющих системах, например, мет аллообр аб атыв ающих ст анков, Цель изобретения — повышение точности за счет устранения погрешностей, связанных с устранением неконтролируемой разности фаз„появляющейся при лр о из в ол ь н ой о р и ент ации л аз ер а и р асщепителя, и устранением паразитных боковых частот путем снижения напряженно сти электрического поля у краев планарных электродов в электрооптичес/ ком модуляторе, На фиг, 1 представлена оптическая схема лазерного гетеродинного интерферометра; на фиг. 2 — оптическая схе-40 ма приемника излучения; на фиг, 3— схема электроолтического модулятора.

Лазерный гетеродинный интерферометр содержит лазер 1 (ллоскость поляризации которого указана стрелкой), рас- 45 щепитель 2 входного пучка на первый

3 и второй 4 пучки, узел 5 поворота плоскости поляризации, зеркала 6 и

7, кювету 8 для помещения объекта измерения, узел 9 совмещения, электрооптический модулятор 10, приемник 11 излучения и измеритель 12 разности фаз, Приемник излучения содержит свечоделитель 13, на выходе которого пер- вый 3 и второй 4 пучки расщепляются

655 на компоненты 14 и 15, анализаторы 16 и 17 и фотодетекторы 18 и 19, Электрооптический модулятор содержит пластину 20 из керамики с квадрапогрешность, вызванная йестабильностью положения лазера относительно расщепителя, Разность потенциалов токопроводящих канавок модулятора по отношению к рабочей области в пластине иэ керамики с квадратичным„электрооптическим эффектом имеет сдвйг фаз

120, что обеспечивает перемещение положения оптической оси светового пучка, проходящего через рабочую область с постоянной угловой скоростью

g, и, таким образом, его модуляции с частотой Я . Использование токопроводящих канавок уменьшает неоднородность напряженности электрического поля,, что снижает уровень паразитиых боковых частот. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. тичным электрооптическим эффектом (рабочая поверхность которой показана в плоскости чертежа), в которой выполнены электропроводящие канавки

21-23, рабочую область 24, Модулятор подключен к источнику 25 управляющего напряжения, Интерферометр работает следующим образом, Входной пучок расщепителем 2 разде. ляют на первый 3 и второй 4 пучки, Узел 5 поворота плоскости поляризации поворачивает плоскость поляризации первого пучка 3 перпендикулярно плоскости чертежа, (фиг, 1, показано точкой), За узлом 9 совмещения получают суперпоэицию первого 3 и второго 4 пучков, которые условно показаыа раздельно, имеющих ортогональьые поляризации, а фаза второго пучка 4 линейно зависит от длины оптического пути через кювету 8 с объектом измерения. Матрица Джонса для сулерпоэиции первого 3 и второго 4 пучков эа узлом 9 совмещения имеет вид где ŠŠ— максималыюе величины хв у склярных: компонентов электрического поля в плоскости чертежа и лерпендикулярно плоскости чертежа; .

E y — фазы KQMQHBHT Е Е . оптическая частота; — время.

15662 !4 6 одул"òoÐ 10 характеризуется мат- а азимутальный угол модулятора равен рицей Джонса: 4) .и лежит между плоскостями поляриt 9:ЙФ зации первого 3 и второго 4 пучков. е О На выходе, модулятора 10 частота . 0-е= (2)

5 первого 3 и второго 4 пучков сдвинута на величину 29 соответственно, где Я- частота врещения оптической вверх и вниз по отношению к частоте оси, входного пучка:

ip +(i1Q)t 3, ggt e

;, й,. ° ° -Я (3)

0 -е Е е

У

Условия для интерпретации и фото- ствующие матрицы Джонса равны: детектирования первого и второго пуч- для анализатора !б ков создаются в приемнике 11 излуче- !5 1

НН е 1

Приемник 11 излучения работает и для анализатора 17 следукщим образом.

Первый 3 и второй 4 пучки делят-1 1 ся по интенсивности пополам таким об- 20 разом, что фазы компонент )4 и 15 oc- a компоненты 14 и 15 эа анализаторами, таются неизменными, При укаэаннои ори- полученные умножением .(3) на (4) и ентации анализаторов !6 и 17 соответ- (5), равны

Е„е (6)

+Е е (5) !

СЕ„+(ы+2 11 3 i(Ey+(v-2 1) 1

Е„е +Е,е (?) Сост вет ствующие интерференционные члены тока фотодетекторов !8 и 19 равны раз ности ф аз к ол еб аж и с частот ами у+2 и и (д -2Я: !

11 I Eк,E„ l cos (F х ю+42 )+ j (8)

= E„E„(соз (Я„-Е„+4Я )+, (9) а разность фототоков равна

J =) -Jq=lE E!соз(к fy+4Qt) (10)

Лз (!0} следует, что действие любых факторов, одинаково изменяющих фазу колебаний в пучках 3 и 4, ж как не влияет на фазу фототока, Такими фактораьы являются, например, температурная нестабильность механической конструкции интерферометра или активного элемента электрооптического модулятора, !!!умовая модуляция интенсивности входного пучка или паразитная амплитудная модуляция в электрооптиче ком модуляторе, определяемая находящимся в фазе составляющими также не влияет на разность фототоков (10), Лазерный гетеродинный интерферо ментр построен на оптической скамье

ОСК-2. В качестве источника входного пучка света используется одномодовый лазер, в качестве расщепителя и узла совмещения пучков — две амплитудные делительные пластинки и два зеркала, Узел, поворачивающий плоскость поляризации первого пучка, выполнен в виде последовательного соединения двух ромбов Френеля, каждый иэ которых дает разность хода 90 . Длина оптического пути во втором пучке опре35 деляется объектом изменений — поворотом стеклянной пластины вокруг оси, перпендикулярности, в которой находятся первый и второй пучки, Модулятор работает следукщнм об40 разом.

Разность потенциалов электропроводящих канавок 21-23 по отношению к рабочей области 24 задается источником 25 управляющего напряжения и

45 имеет сдвиг фаз 120, Электрическое поле вращается с постоянной скоростью и так, что его оптическая ось также перемещается с постоянной скоростью, Величина сдвига частоты илн пучков света 3 и 4 в рабочей области

24 зависит от частоты вращеж я в соответствии с матрицей Джонса

12Яа 0

0 е- 2й

Для совокупности п параллельных пластин аналогично имеют е ЯС р

P s-janet

l4 канала, установленных в третьем и четвертом световых пучках,. каждый из каналов состоит из последовательно соединенных анализатора и фотодетектора, выходы фотодетекторов соединены с соответствующими входами измерителя раз ности фаз.

Составитель В,Чулков

Техред Л.Олийнык

Корректор 3.Лончакова

Редактор Н. Бобкова

Заказ 1215

Тираж 494

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

7 15662

Формул а изобретения! . Лазерный гетеродинный интерферометр, содержащий последовательно устанавленпые источник монохроматическо5 го света с эллиптической поля изацией и расщепитель входного пучка на первый и второй, предназначенный для зондирования объекта, последовательно установ10 ленные узел совмещения, расположенный на пересечении первого и второго световых пучков, электрооптический модулятор и приемник излучения, и измеритель разности фаз, о т л и ч а ю щ и й..С..

15, с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен узлом поворота плоскости поляриз ации, установленным в первом световом пучке перед узлом совмещения, приемник излучения выполнен

20 в виде балансной схемы, содержащей светодечитель светового пучка на треи тии и четвертый пучки, два приемника

2. Электрооптический модулятор, содержащий активный элемент, выполненный в виде пластины из керамики с квадратичным электрооптическим эффектом, на рабочей поверхности кото" рой осесимметрично расположены электроды под одинаковыми углами с расстоянием между электродамй,. равным чет" верти длины волны света, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности.за счет подавления паразитных боковых частот, электроды выполнены в виде токопроводящих канавок.