Интерферометр поперечного сдвига световых пучков

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ПОПЕРЕЧНОГО СДВИГА СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Асташинский Валентин Миронович Костюкевич Евгений Алексеевич Кривошеев Павел Николаевич Пенязьков Олег Глебович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Интерферометр поперечного сдвига световых пучков, содержащий оптически связанные лазерный источник света, коллиматор, две идентичные светоделительные пластины,установленные с возможностью изменения угла и расстояния между ними в зависимости от решаемой задачи, передние и задние грани которых служат зеркалами интерферометра,и фокусирующий объектив, отличающийся тем, что светоделительные пластины выполнены клиновидными с углом при вершине в пределах от 2,9088810-3 до 4,3633210-3 рад. 9980 1 2007.12.30 Изобретение относится к области оптической интерферометрии и может быть использовано для тестирования оптических элементов (определение аберрации линзовых и зеркальных объективов) и исследования фазовых неоднородностей (ударные волны, фронты горения, конвективные явления, лазерная и газоразрядная плазма и т.п.) в оптически прозрачных средах посредством визуализации неоднородностей и нахождения их параметров. Известен интерферометр сдвига 1, служащий для измерения поперечной аберрации объективов и содержащий лазерный источник света, коллиматор, формирующий лазерное излучение в параллельный пучок, клиновидную стеклянную пластину, установленную под углом к лазерному пучку и делящую его за счет отражения от ее передней и задней граней на волновые фронты, смещенные относительно друг друга на величину, пропорциональную толщине пластины, и фокусирующий объектив, строящий на экране картину интерференции этих фронтов в области их перекрытия. Тестируемый объектив служит выходным объективом коллиматора. В случае отсутствия в нем аберраций интерференционная картина имеет вид параллельных полос, пространственная частота которых определяется величиной угла между передней и задней гранями пластины. При наличии аберраций полосы искривляются, образуя так называемую аберрационную кривую, величина отклонения которой от прямой линии служит мерой аберрации. Чувствительность устройства обратно пропорциональна величине угла между рабочими гранями пластины с уменьшением угла увеличивается ширина интерференционных полос и, следовательно, возрастает точность измерения их сдвига. С другой стороны,сдвиг полос, определяемый величиной аберрации тестируемого элемента, не должен быть слишком большим, иначе полосы выйдут за границы области перекрытия пучков, исключая возможность количественных измерений. Величину поперечного сдвига световых пучков, определяемую толщиной пластины,выбирают, руководствуясь размерами тестируемого объектива. Чем больше его диаметр, тем больший сдвиг должно обеспечивать устройство. Обычно величина сдвига не превышает 0,3. Недостатками данного устройства являются ограничение на размер тестируемых объективов фиксированная величина поперечного сдвига, определяемая толщиной клиновидной пластины, позволяет применять устройство для испытаний объективов лишь определенного размера и делает весьма трудоемкой (если не невыполнимой) задачу изготовления устройства, рассчитанного на объективы диаметром до 5 мм, для которых толщина пластины не должна превышать 1 мм ограниченный диапазон чувствительности, определяемый фиксированной величиной угла между гранями пластины. Иными словами, устройство пригодно для тестирования лишь таких объективов, значения аберрации которых не выходят за рамки этого диапазона, а для элементов с более сильной (более слабой) аберрацией, как отмечают сами авторы, приходится изготавливать пластину с большим (меньшим) углом между гранями. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является описанный в патенте 2 интерферометр сдвига, предназначенный для тестирования оптических элементов малого диаметра. Интерферометр состоит из оптически связанных лазерного источника света, коллиматора, двух идентичных светоделительных пластин и фокусирующего объектива, проецирующего интерферирующие пучки на экран. Обе пластины выполнены плоскопараллельными и объединены в моноблок таким образом, что их смежные грани, являющиеся рабочими, образуют тонкий воздушный клин толщиной около 1 мм и с углом при вершине от нескольких угловых секунд до десятков угловых минут. Недостатком этого устройства является невозможность измерять характеристики объективов произвольного диаметра в пределах апертуры пластин и изменять рабочий диапазон чувствительности интерферометра. Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, позволяющее измерять характеристики объективов произвольного размера в 2 9980 1 2007.12.30 пределах апертуры пластин и изменять рабочий диапазон чувствительности интерферометра. Для выполнения поставленной задачи предложен интерферометр, состоящий из оптически связанных лазерного источника света, коллиматора, двух идентичных светоделительных пластин и фокусирующего объектива, проецирующего интерферирующие пучки на экран. Новым, по мнению авторов, является то, что светоделительные пластины выполнены клиновидными с углом при вершине в пределах от 2,9088810-3 до 4,3633210-3 рад. Сущность изобретения поясняется чертежами 1, 2 и 3, на первом из которых представлен общий вид предлагаемого устройства, на втором - интерферограмма безаберрационного объектива, на третьем - интерферограмма объектива с поперечной аберрацией. Устройство (фиг. 1) содержит лазерный источник света 1 (например непрерывныйлазер), коллиматор 2, выходным объективом Овых которого может служить тестируемый объектив, две установленные под углом к лазерному лучу клиновидные пластины 3 и 4 в оправах, соединенных между собой посредством трех микрометрических винтов 5,фокусирующий объектив 6 и диафрагму 7, расположенную в фокальной плоскости объектива 6 и пропускающую на экран 8 два пучка, отраженных от рабочих граней пластин 3 и 4 (на фиг. 1 показан ход лучей лишь для двух пучков). Устройство работает следующим образом. Луч лазера 1, пройдя коллиматор 2, преобразуется в параллельный пучок, последовательно отражающийся от граней , ,ипластин. В результате в направлении экрана будут распространяться четыре идентичных волновых фронта, смещенные относительно друг друга на расстояние, приблизительно равное толщинепластины. Угол в 10-15 при вершине клина пластин достаточен для эффективного пространственного разнесения фокальных пятен, образуемых этими пучками на поверхности диафрагмы, которая пропускает на экран лишь волновые фронты,отраженные от рабочих граней пластин. В случае тестирования объектива его устанавливают в коллиматор 2 вместо выходного объектива Овых. Образующаяся на экране 8 в области перекрытия световых пучков интерференционная картина характеризует качество объектива. Если объектив свободен от аберраций, она имеет вид системы параллельных полос (фиг. 2). При наличии аберраций полосы искривляются (фиг. 3), образуя аберрационную кривую, величина отклонения которой от прямой линии является количественной мерой аберрации. При исследованиях фазовых неоднородностей объект помещают в параллельный лазерный пучок между коллиматором и блоком пластин. Сдвиги интерференционных полосотносительно начального положения определяются локальными значениями показателя преломления в неоднородности, рассчитав которые, можно найти распределение температуры или плотности в исследуемом объекте. Преимуществами заявляемого устройства являются возможность изменять в широких пределах его чувствительность за счет изменения угла между пластинами посредством поворотов микрометрических винтов возможность настраивать его на исследование объектов произвольного диаметра (от нескольких миллиметров до размера, ограниченного действующим отверстием блока пластин) посредством плавного изменения величины поперечного сдвига световых пучков от 0 до 3. Это достигается за счет использования в образовании интерференционной картины пучков, отраженных как от передних, так и от задних граней пластин. Пара пучков,отраженных от гранейи с, позволяет менять сдвиг от 0 до(за счет длины рабочего хода микрометрических винтов, равной ) точно так же пара пучков от гранейи(или а и с) дает возможность изменять сдвиг в пределах отдо 2 наконец, при использовании пары пучков от гранейиможно изменять величину сдвига от 2 до 3. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4