DE1255952B

DE1255952B - Interferometer arrangement for setting the interference line spacing

Info

Publication number: DE1255952B
Application number: DEJ28663A
Authority: DE
Inventors: Renee Mathilde Drougard; Janusz Stanislaw Wilczynski
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-08-13
Filing date: 1965-07-28
Publication date: 1967-12-07

Description

Interferometeranordnung zur Einstellung des Interferenzlinienabstandes Die Erfindung betrifft optische Einrichtungen zur Veränderung der Polarisation eines Lichtstrahles, insbesondere Kompensatoren und Interferometer, bei denen eine in der Ebene senkrecht zur optischen Achse veränderliche Polarisation vorliegt.Interferometer arrangement for setting the interference line spacing The invention relates to optical devices for changing the polarization of a Light beam, in particular compensators and interferometers, in which an in the plane perpendicular to the optical axis is variable in polarization.

Es sind bereits verschiedene optische Einrichtungen bekannt, die eine Veränderung der Polarisation des Lichtes herbeizuführen in der Lage sind; dazu gehören Kompensatoren, wie beispielsweise der Babinet-Kompensator, und Prismen, wie beispielsweise das Wollaston-Prisma und das Rochon-Prisma. Wenn ein breites Bündel polarisierten Lichtes durch diese Einrichtungen hindurchgeschickt wird, so tritt in der Ebene senkrecht zur optischen Achse eine dem Ort nach veränderliche Polarisation auf. Die in dieser Ebene veränderliche Polarisation läßt sich beobachten, indem man das aus dem Kompensator oder aus dem Prisma austretende Lichtbündel durch einen Analysator, beispielsweise ein Nicolsches Prisma, betrachtet; dabei beobachtet man ein Liniengitter von Interferenzstreifen. Diese Erscheinung beruht darauf, daß die optische Weglänge in den erwähnten Kompensatoren oder Prismen für zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten, aus denen man sich das Lichtbündel zusammengesetzt denken kann, verschieden groß ist und daß diese optische Weglängendifferenz in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des Systems in gleichmäßiger Weise variiert. Various optical devices are already known which are able to bring about a change in the polarization of the light; to include compensators, such as the Babinet compensator, and prisms, such as the Wollaston prism and the Rochon prism. If a wide Bundle of polarized light is sent through these facilities, so occurs in the plane perpendicular to the optical axis a variable according to location Polarization on. The changing polarization in this plane can be observed, by passing the light beam emerging from the compensator or from the prism consider an analyzer, for example a Nicol prism; observed a line grid of interference fringes. This phenomenon is due to the fact that the optical path length in the mentioned compensators or prisms for two perpendicular components polarized to one another, from which the light bundle is composed can think of different sizes and that this optical path length difference in the Plane perpendicular to the optical axis of the system varies in a uniform manner.

Der Abstand zwischen den Interferenzstreifen ist im wesentlichen durch die Konstruktion der Kompensatoren und Prismen bestimmt. Diese bestehen in der Regel aus zwei Keilen, die an ihrem spitz zulaufenden Ende den gleichen Winkel aufweisen. Zur Einstellung des Interferenzstreifenabstandes muß für gewöhnlich der Winkel der Keile verändert werden. Um dies erzielen zu können, benötigt man für jeden gewünschten Interferenzstreifenabstand einen anderen Satz von Prismen oder Kompensatoren. The distance between the interference fringes is substantial determined by the construction of the expansion joints and prisms. These consist in usually made up of two wedges that have the same angle at their tapered end exhibit. To set the interference fringe spacing, the The angle of the wedges can be changed. To be able to achieve this, one needs for any desired fringe spacing a different set of prisms or Expansion joints.

Es ergibt sich demnach die Aufgabe, eine optische Einrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der es aber in einfacher Weise möglich ist, die in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des Systems variierende Polarisation des Lichtbündels in der Weise zu steuern, daß sich eine stufenlose Veränderung des Interferenzlinienabstandes ergibt. There is accordingly the task of an optical device of the to create the type described above, but in which it is possible in a simple manner, the polarization varying in the plane perpendicular to the optical axis of the system to control the light beam in such a way that there is a stepless change in the Interference line spacing results.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Interferometeranordnung zur Einstellung des Interferenzlinienabstandes, bei der zwischen einer drehbaren Polarisatoranordnung und einer drehbaren Analysatoranordnung eine Polarisationsprismenanordnung mit senkrecht zur optischen Achse orientierter Plattenebene angeordnet ist und die sich dadurch kennzeichnet, daß zwei um gleiche Winkel gegensinnig drehbare Polarisationsprismen und zwischen beiden eine fest angeordnete i/2-Platte vorgesehen sind und daß die Polarisationsebenen des Polarisators und des Analysators in der Ausgangsstellung senkrecht oder parallel zueinander und unter 45" zu den Polarisationsebenen der Polarisationsprismen orientiert sind. According to the invention, this object is achieved by an interferometer arrangement for setting the interference line spacing in which between a rotatable Polarizer assembly and a rotatable analyzer assembly, a polarizing prism assembly is arranged with the plate plane oriented perpendicular to the optical axis and the yourself thereby indicates that two polarizing prisms rotatable in opposite directions by the same angle and a fixed i / 2 plate are provided between the two and that the Planes of polarization of the polarizer and the analyzer in the starting position perpendicular or parallel to each other and at 45 "to the planes of polarization of the Polarizing prisms are oriented.

In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die beiden Polarisationsprismen aus Wollaston-Prismen; der Polarisator und der Analysator sind jeweils mit dem ihnen zunächst liegenden Wollaston-Prisma zusammen drehbar, wobei ihre Polarisationsebenen jeweils mit der Polarisationsebene des zugeordneten Wollaston-Prismas unter 45" orientiert sind. Wenn man das aus dem Analysator austretende Lichtbündel beobachtet, so sieht man ein Interferenzliniengitter. In a preferred embodiment, the two polarizing prisms exist from Wollaston prisms; the polarizer and the analyzer are each with them initially lying Wollaston prism rotatable together, with their planes of polarization each with the polarization plane of the assigned Wollaston prism below 45 " are oriented. If one observes the light beam emerging from the analyzer, so you can see an interference line grating.

Die Interferenzlinienabstände lassen sich durch Drehung des Polarisators zusammen mit dem ihm benachbarten Wollaston-Prisma in der einen Richtung und durch gleichzeitige entgegengesetzte Drehung des Analysators zusammen mit dem ihm benachbarten Wollaston-Prisma um die gemeinsame Systemachse verändern. Die A/2-Platte nimmt an der Drehung nicht teil, sondern bleibt stationär.The spacing of the interference lines can be adjusted by rotating the polarizer together with the neighboring Wollaston prism in one direction and through simultaneous opposite rotation of the analyzer together with the neighboring one Change the Wollaston prism around the common system axis. The A / 2 disk accepts does not participate in the rotation, but remains stationary.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Polarisator fest angeordnet, und zwischen dem Polarisator und dem nächstliegenden Wollaston-Prisma sind ein Soleilkompensator und eine mit halber Drehgeschwindigkeit drehbare weitere A/2-Platte vorgesehen. Die beiden Polarisationsebenen des Soleilkompensators sind unter 45s in bezug auf die Polarisationsebene des Polarisators ausgerichtet. Der Polarisator und der Soleilkompensator bleiben stationär, während die zusätzliche A/2-Platte mit der halben Rotationsgeschwindigkeit des benachbarten Wollaston-Prismas gedreht wird. Wie im ersten Ausführungsbeispiel beobachtet man auch hier wieder ein Interferenzliniengitter, wobei der Linienabstand von der gegensinnigen Drehung der beiden Wollaston-Prismen abhängt. Durch Einstellung des Soleilkompensators läßt sich hier aber auch außerdem eine Verschiebung des Liniengitters unter Beibehaltung eines konstanten Linienabstandes herbeiführen. In another embodiment of the invention, the polarizer is fixed, and between the Polarizer and the closest one Wollaston prisms are a soleil compensator and one with half the speed of rotation rotatable further A / 2 plate provided. The two polarization planes of the solar compensator are aligned under 45s with respect to the polarization plane of the polarizer. The polarizer and the solar compensator remain stationary while the additional A / 2 plate with half the rotation speed of the neighboring Wollaston prism is rotated. As in the first exemplary embodiment, one also observes here again an interference line grating, the line spacing from the opposite rotation of the two Wollaston prisms. By setting the brine compensator However, there is also a shift in the line grid while being retained bring about a constant line spacing.

Gegenüber Interferometern, die wie z. B. das Michelson-Interferometer zwei getrennte Strahlengänge für die zur Interferenz zu bringenden Lichtbündel vorgesehen, hat das erfindungsgemäße Interferometer den Vorteil, daß ein gemeinsamer Strahlengang vorgesehen ist, so daß sich mechanische Störungen, wie z. B. Vibrationen, auf beide Strahlen im gleichen Sinne auswirken, so daß das Interferenzbild nicht verschoben wird. Compared to interferometers that such. B. the Michelson interferometer two separate beam paths provided for the light bundles to be brought to interference, the interferometer according to the invention has the advantage that a common beam path is provided so that mechanical disturbances such. B. Vibrations, on both Rays have the same effect, so that the interference pattern is not shifted will.

Die Erfindung wird an Hand einer in weitere Einzelheiten gehenden Beschreibung unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 in Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Interferometer, Fig.2 in auseinandergezogener Perspektivdarstellung die einzelnen optischen Komponenten des in F i g. 1 gezeigten Interferometers, F i g. 3 Vektordarstellung zur Veranschaulichung, wie die Polarisation des Lichtes beim Durchgang durch die optischen Komponenten in Fig.2 verändert wird, F i g. 4 in Schnittdarstellung eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Interferometers, F i g. 5 in auseinandergezogener Perspektivdarstellung die einzelnen optischen Komponenten des in F i g. 4 gezeigten Interferometers, F i g. 6 ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung der Polarisation des Lichtes, wenn dieses durch einige der in F i g. 5 gezeigten optischen Komponenten hindurchtritt. The invention will be explained in more detail with the aid of a Description explained with reference to the drawings. In the drawings represents FIG. 1 shows a sectional view of an interferometer according to the invention, FIG. 2 in Exploded perspective view of the individual optical components of the in Fig. Interferometer shown in FIG. 1, FIG. 3 vector illustration for illustration, like the polarization of light when passing through the optical components is changed in Fig.2, F i g. 4 shows another embodiment in section of an interferometer according to the invention, FIG. 5 in an exploded perspective view the individual optical components of the in FIG. 4 interferometer, F i g. 6 is a vector diagram to illustrate the polarization of light when this by some of the in F i g. 5 optical components shown passes therethrough.

Das in F i g. 1 gezeigte Interferometer umfaßt fünf optische Komponenten oder Elemente 5 bis 9, die in F i g. 2 zur besseren Ubersicht in auseinandergezogener Perspektivdarstellung gezeigt sind. Jedes dieser optischen Elemente 5 bis 9 ist mit seiner Hauptebene senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse des Interferometers angeordnet. Ein von links kommendes Lichtstrahlenbündel verläuft parallel zur Achse 11. The in Fig. The interferometer shown in FIG. 1 comprises five optical components or items 5 to 9 shown in FIG. 2 in an exploded view for a better overview Perspective views are shown. Each of these optical elements 5 to 9 is with its main plane perpendicular to the common optical axis of the interferometer arranged. A light beam coming from the left runs parallel to the axis 11.

Ein im Punkt 13 befindlicher Beobachter sieht ein Interferenzgitter 15, das aus vielen einzelnen Interferenzstreifen 17 besteht. Der Abstand zwischen den einzelnen Linien oder Streifen 17 läßt sich durch Drehen der Elemente 5 und 6 in der einen Richtung um die Achse 11 und der Elemente 8, 9 in der anderen Richtung um die Achse 11 verändern. Die Mechanik zur Durchführung dieser Drehbewegungen ist in F i g. 1 dargestellt. An observer located at point 13 sees an interference grating 15, which consists of many individual interference fringes 17. The distance between the individual lines or strips 17 can be by rotating the elements 5 and 6 in one direction around the axis 11 and the elements 8, 9 in the other direction about the axis 11. The mechanics for performing these rotary movements are in Fig. 1 shown.

Die optischen Elemente 5 und 6 sind in einer kreiszylindrischen Fassung 21 untergebracht. Entlang des Zylinderumfanges ist ein Satz Zähne 23 angeordnet. Zur Aufnahme der optischen Elemente 8 und 9 dient eine ähnliche kreiszylindrische Fassung 25, die entlang ihres Umfanges ebenfalls mit einem Satz Zähnen27 versehen ist. Das optische Element 7 ist mit Hilfe einer Haltevorrichtung 29 starr befestigt, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist. The optical elements 5 and 6 are in a circular cylindrical mount 21 housed. Along A set of teeth 23 is arranged on the cylinder circumference. A similar circular cylinder is used to accommodate the optical elements 8 and 9 Version 25, which is also provided with a set of teeth27 along its circumference is. The optical element 7 is rigidly attached with the aid of a holding device 29, as shown in FIG. 1 can be seen.

Die Fassungen 21 und 25 sind in entgegengesetztem Richtungssinn drehbar; zur Herbeiführung dieser gegensinnigen Rotation dient ein Antriebsrad 31, das ein Zahnrad-Differentialgetriebe 33 in Drehbewegung versetzt. The sockets 21 and 25 can be rotated in opposite directions; to bring about this opposite rotation, a drive wheel 31 is used, which is a Gear differential gear 33 rotated.

Die Art und Weise, wie das Interferenzliniengitter 15 zustandekommt, läßt sich am besten verstehen, wenn man den Polarisationszustand des durch die Elemente 5 bis 9 hindurchtretenden Lichtstrahlenbündels untersucht. Das optische Element 5 ist ein Polarisator, dessen Polarisationsrichtung so ausgerichtet ist, wie es durch die parallelen Linien 5 a zeichnerisch dargestellt ist. Das Element 6 ist ein Wollaston-Prisma, das aus zwei doppelbrechenden Keilen 6a und 6b besteht. The way in which the interference line grating 15 comes about, can best be understood by looking at the state of polarization of the elements 5 to 9 passing light beam examined. The optical element 5 is a polarizer whose direction of polarization is oriented as it is is shown graphically by the parallel lines 5 a. The element 6 is a Wollaston prism consisting of two birefringent wedges 6a and 6b.

Die an den spitz zulaufenden Enden der Keile 6a, 6b befindlichen Winkel 6c und 6d sind gleich groß, so daß das Wollaston-Prisma 6 zwei parallele Hauptoberflächen aufweist, von denen eine in F i g. 2 mit dem Bezugszeichen 6e versehen ist. Die optische Achse des Keils 6a verläuft horizontal, während die optimale Achse des Keils 6b vertikal verläuft. Beim in F i g. 2 dargestellten Wollaston-Prisma 6 kennzeichnen die eingezeichneten parallelen Linien die Richtung der optischen Achsen, während die auf den Oberflächen eingezeichneten Punkte die Enden der parallelen Linien bedeuten sollen.The angles located at the tapered ends of the wedges 6a, 6b 6c and 6d are of the same size, so that the Wollaston prism 6 has two parallel main surfaces has, one of which is shown in FIG. 2 is provided with the reference numeral 6e. the optical axis of the wedge 6a is horizontal, while the optimal axis of the Wedge 6b extends vertically. When in F i g. Mark 2 shown Wollaston prism 6 the parallel lines drawn indicate the direction of the optical axes, while the points drawn on the surfaces represent the ends of the parallel lines should.

Beim optischen Element 8 handelt es sich ebenfalls um ein Wollaston-Prisma, das im großen und ganzen dem Wollaston-Prisma 6 entspricht. Die zwei optischen Achsen des Wollaston-Prismas 8 sind so ausgerichtet, wie es in F i g. 2 durch die parallelen Linien und die punktierten Oberflächen anschaulich zum Ausdruck gebracht ist. Das optische Element 7 ist eine A/2-Platte mit einer horizontal liegenden langsamen Achse (dargestellt durch die Linien 7a) und einer vertikal verlaufenden schnellen Achse (nicht dargestellt). Beim optischen Element 9 handelt es sich um einen Analysator, der Licht nur dann hindurchläßt, wenn dieses parallel zu den Linien 9 a polarisiert ist. The optical element 8 is also a Wollaston prism, which by and large corresponds to the Wollaston prism 6. The two optical axes of the Wollaston prism 8 are oriented as shown in FIG. 2 through the parallel Lines and the dotted surfaces are vividly expressed. That optical element 7 is an A / 2 plate with a horizontally lying slow one Axis (represented by the lines 7a) and a vertically running rapid Axis (not shown). The optical element 9 is an analyzer, the light only lets through when it polarizes parallel to the lines 9 a is.

Der Analysator 9 ist in bezug auf den Polarisator 5 gekreuzt angeordnet, d. h., die Polarisationsrichtungen zwischen Polarisator und Analysator liegen unter 90" gekreuzt.The analyzer 9 is arranged crossed with respect to the polarizer 5, d. That is, the polarization directions between polarizer and analyzer are below 90 "crossed.

Der Polarisator 5 und das Wollaston-Prisma 6 funktionieren in der herkömmlichen Weise. Der Polarisator 5 macht aus dem einfallenden Lichtstrahlenbündel polarisiertes Licht, dessen Polarisationsebene parallel zu den Linien 5a verläuft. Das in dieser Ebene polarisierte, vom Polarisator 5 austretende Licht kann betrachtet werden, als ob es aus zwei zueinander senkrechten Komponenten besteht, von denen eine horizontal und die andere vertikal verläuft und beide gleiche Größe und Phase haben. Das Wollaston-Prisma 6 führt nun eine Phasendifferenz zwischen diesen beiden Komponenten herbei, indem es eine Komponente in ihrer Fortpflanzungsgeschwindigkeit in bezug auf die andere Komponente verzögert. The polarizer 5 and the Wollaston prism 6 function in the conventional way. The polarizer 5 turns the incident light beam polarized light whose plane of polarization runs parallel to the lines 5a. The light polarized in this plane and emerging from the polarizer 5 can be viewed become as if it consists of two mutually perpendicular components, one of which one is horizontal and the other is vertical and both of the same size and phase to have. The Wollaston prism 6 now has a phase difference between these two Components brought about by adding a component in their speed of propagation delayed with respect to the other component.

Die nach dem Durchtritt durch das Wollaston-Prisma 6 eingetretene Phasendifferenz variiert in der Ebene senkrecht zur Systemachse, und zwar in horizontaler Richtung, entsprechend den Veränderungen in der Dicke der Keile 6a und 6b. Betrachtet man das aus dem Wollaston-Prisma 6 austretende Licht durch einen Analysator, so sieht man wegen dieser örtlichen Variation der Phasendifferenz zwischen den beiden Lichtkomponenten ein vertikales Interferenzliniengitter in der Art der Interferenzlinien 17. Der Linienabstand ist durch die Winkel 6c und 6d gegeben und kann nur durch Änderung dieser Winkel, d. h. Austausch des Wollaston-Prismas 6, geändert werden. The one that occurred after passing through the Wollaston prism 6 The phase difference varies in the plane perpendicular to the system axis, namely in the horizontal Direction, corresponding to the changes in the thickness of the wedges 6a and 6b. If you look at the light emerging from the Wollaston prism 6 through an analyzer, looks like this because of this local variation of the phase difference between the two light components a vertical interference line grating in the manner of interference lines 17. The Line spacing is given by the angles 6c and 6d and can only be changed by changing them this angle, d. H. Exchange of the Wollaston prism 6, can be changed.

Die räumliche Linienfrequenz (Zahl der Linien pro Längeneinheit) ist dabei, da die beiden Winkel 6c und 6d gleich groß sind, durch folgende Beziehung bestimmt: fo = 2 (ne - n0) tan (6c)lA.The spatial line frequency (number of lines per unit length) is here, since the two angles 6c and 6d are equal, by the following relationship determined: fo = 2 (ne - n0) tan (6c) lA.

Gleichung (1) In dieser Gleichung (1) bedeutet f, die durch das Wollaston-Prisma 6 erzeugte räumliche Linienfrequenz, wobei das Wollaston-Prisma 6 die in F i g. 2 gezeigte Stellung einnimmt, A die Lichtwellenlänge, ne und n0 sind die beiden Hauptindizes des Wollaston-Prismen materials. Equation (1) In this equation (1), f means that passed through the Wollaston prism 6 generated spatial line frequency, the Wollaston prism 6 the in F i g. 2 assumes the position shown, A is the light wavelength, ne and n0 are the two Main indexes of the Wollaston prism material.

Der aus dem Wollaston-Prisma 6 austretende veränderliche polarisierte Lichtstrahl tritt durch die ;1/2Platte 7 hindurch, wo die Horizontalkomponente eine Verzögerung gegen die Vertikalkomponente um eine halbe Wellenlänge erfährt. Die Funktion der A/2-Platte 7 spielt bei der gegensinnigen Drehung der Prismen 6 und 8 eine wichtige Rolle und wird im Zusammenhang mit Fig.3 erläutert werden. Das aus der 42-Platte 7 austretende Lichtbündel tritt durch das Wollaston-Prisma 8, in welchem die Horizontalkomponente und die Vertikalkomponente weiter gegeneinander verzögert werden; und zwar variiert die optische Weglänge im Prisma 8 für die jeweilige Komponente in der gleichen Weise in der Ebene senkrecht zur Systemachse in horizontaler Richtung wie bei dem Prisma 6, so daß die Phasendifferenz zwischen der Vertikal- und der Horizontalkomponente nach Austritt des Lichtbündels aus dem Prisma 8 in horizontaler Richtung senkrecht zur Systemachse doppelt so stark variiert wie nach dem Austritt aus dem Prisma 6. Entsprechend werden auch beim Betrachten des Lichtbündels durch den Analysator 9 doppelt so viele Interferenzlinien gesehen. The variable polarized one emerging from the Wollaston prism 6 Light beam passes through the; 1/2 plate 7, where the horizontal component is a Experiences delay against the vertical component by half a wavelength. the The function of the A / 2 plate 7 takes place when the prisms 6 and 6 rotate in opposite directions 8 plays an important role and will be explained in connection with FIG. The end the 42-plate 7 exiting light beam passes through the Wollaston prism 8, in which the horizontal component and the vertical component are further delayed from one another will; namely the optical path length in the prism 8 varies for the respective component in the same way in the plane perpendicular to the system axis in the horizontal direction as with the prism 6, so that the phase difference between the vertical and the Horizontal component after the light beam emerges from the prism 8 in the horizontal Direction perpendicular to the system axis varies twice as much as after the exit from the prism 6. Correspondingly, when looking at the light beam, the analyzer 9 saw twice as many interference lines.

Wie oben bereits erwähnt wurde, läßt sich der Abstand zwischen den Interferenzlinien 17 verändern. As mentioned above, the distance between the Change interference lines 17.

Es wird nun ein hierfür geeignetes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Polarisator 5 und das Wollaston-Prisma 6 um einen Winkel 0 im Uhrzeigersinn und das Wollaston-Prisma 8 und der Analysator 9 um einen gleichen Winkel 0 im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden, unter Beibehaltung einer stationären Lage für die 42-Platte 7.An exemplary embodiment suitable for this purpose will now be described. in which the polarizer 5 and the Wollaston prism 6 at an angle 0 clockwise and the Wollaston prism 8 and the analyzer 9 counterclockwise by an equal angle 0 can be rotated while maintaining a stationary position for the 42-plate 7.

Zur Erleichterung des Verständnisses bei der Beschreibung der Veränderung der Polarisation des Lichtes, während es die einzelnen Komponenten 5 bis 9 durchläuft, wird auf das in F i g. 3 dargestellte Vektordiagramm Bezug genommen. Der Vektor, kennzeichnet die Polarisationsebene des Lichtes, wenn dieses aus dem Polarisator 5 austritt; dabei ist angenommen, daß der Polarisator 5 im Uhrzeigersinn um einen Winkel 0 aus seiner Ausgangslage, d. h. aus der 45 0Lage, herausgedreht wurde. Das in dieser Ebene polarisierte Licht kann man sich aus zwei Polarisationskomponenten zusammengesetzt denken; die vertikale Polarisationskomponente V1 ist von der Vertikalen um einen Winkel 0 versetzt, während die horizontale Polarisationskomponente H1 um den gleichen Winkel 0 im Uhrzeigersinn von der Horizontalen versetzt ist. To facilitate understanding when describing the change the polarization of the light as it passes through the individual components 5 to 9, is referred to in FIG. Reference is made to the vector diagram shown in FIG. The vector, indicates the plane of polarization of the light when it comes out of the polarizer 5 exit; it is assumed that the polarizer 5 clockwise by one Angle 0 from its starting position, d. H. out of the 45 0 position. That Light polarized in this plane can be made up of two polarization components think composite; the vertical polarization component V1 is of the Verticals offset by an angle 0, while the horizontal polarization component H1 by offset from the horizontal by the same angle 0 clockwise.

Nach Durchtritt der Polarisationskomponenten Y und H1 durch das Wollaston-Prisma 6 ist ihnen eine Phasendifferenz eingeprägt, die sich in der zweidimensionalen Darstellungsebene der Fig.3 nicht zum Ausdruck bringen läßt. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist diese Phasendifferenz in horizontaler Richtung entlang des Wollaston-Prismas 6 veränderlich. After the polarization components Y and H1 have passed through the Wollaston prism 6 a phase difference is impressed on them, which is reflected in the two-dimensional display plane the Fig.3 can not be expressed. As mentioned above, this is The phase difference in the horizontal direction along the Wollaston prism 6 is variable.

Von den Polarisationskomponenten Val und H1 kann man annehmen, daß sie entsprechende Horizontalkomponenten + Ya und Hh enthalten. Während des Durchlaufs der Polarisationskomponenten Val und H1 durch die A/2-Platte 7 erfahren ihre entsprechenden Horizontalkomponenten + Vh und +Hh Verzögerungen um den Betrag einer halben Wellenlänge, wobei sich die vektorielle Richtung der Horizontalkomponenten +Vh V und +Hh in ein horizontales Vektorpaar - Vh und ph umkehrt. Es wird also tatsächlich die Polarisationskomponente V1 in die durch den Vektor V2 dargestellte Lage und die Polarisationskomponente H1 in die durch den Vektor H2 dargestellte neue Lage gedreht, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist. Die beiden gedrehten Polarisationskomponenten V2 und H2 liegen wegen ihrer gleichen Absolutbeträge zum Vektor P2 unter einem Winkel von 45°; der Vektor P2 liegt um den Winkel ç im Gegenuhrzeigersinn zur 45 0Lage versetzt. Die Lage des Vektors P2 entspricht somit der Polarisationsebene des Lichtes, die durch den Analysator 9 hindurchtreten kann, da - wie eingangs angenommen wurde - der Polarisator 5 und der Analysator 9 eine Drehung um den gleichen Winkel 0, jedoch in entgegengesetzten Richtungen erfahren haben. Da auch das Wollaston-Prisma 8 aus seiner Ausgangslage um den Winkel 0 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wurde, so nimmt der Vektor P2 gegenüber den optischen Achsen des Wollaston-Prismas 8 einen Winkel von 45" ein. In Anbetracht dieser korrespondierenden Ausrichtungen trägt das Wollaston-Prisma 8 zu einer weiteren Vergrößerung der Phasendifferenz, die zunächst vom Wollaston-Prisma 6 herbeigeführt wurde, bei. Im Gegensatz zur ursprünglichen Einstellung, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist, kommt es jetzt jedoch zu keiner Verdoppelung der Phasendifferenz. Wenn die Wollaston-Prismen 6 und 8 eine relative Winkelversetzung aufweisen, so erscheinen die Interferenzstreifen 17 nicht so nahe beisammen, wie es bei der in Fig.2 gezeigten Stellung der Fall ist. Die räumliche Linienfrequenz (Zahl der Linien pro Längeneinheit) ist, da die beiden Teilwinkel des Prismas 8 gleich dem Winkel 6 c sind, durch folgende Beziehung bestimmt: 4 = 4 (ne - n0) tan (6c) cos Gleichung (2) In Gleichung (2) bedeutet: fç die durch die Prismen 6 und 8 erzeugte räumliche Linienfrequenz der Interferenzstreifen, wobei die Prismen 6 und 8 aus ihrer in Fig. 2 gezeigten Ausgangslage in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen um den Winkel 0 verdreht wurden; (6c), ne, nO und R haben die gleiche Bedeutung wie in Gleichung (1). It can be assumed from the polarization components Val and H1 that they contain corresponding horizontal components + Ya and Hh. During the run the polarization components Val and H1 through the A / 2 plate 7 experience their respective ones Horizontal components + Vh and + Hh delays by the amount of half a wavelength, where the vectorial direction of the horizontal components + Vh V and + Hh merges horizontal vector pair - Vh and ph reversed. So it actually becomes the polarization component V1 into the position represented by the vector V2 and the polarization component H1 rotated into the new position represented by the vector H2, as shown in FIG. 3 can be seen is. The two rotated polarization components V2 and H2 are because of their equal absolute values to vector P2 at an angle of 45 °; the vector P2 is offset by the angle ç counterclockwise to the 45 ° position. The location of the The vector P2 thus corresponds to the plane of polarization of the light passing through the analyzer 9 can pass because - as was initially assumed - the polarizer 5 and the analyzer 9 rotates through the same angle 0, but in opposite directions Have learned directions. There is also the Wollaston prism 8 from its starting position was rotated counterclockwise by the angle 0, the vector P2 is opposite the optical axes of the Wollaston prism 8 an angle of 45 ". Considering The Wollaston prism 8 carries these corresponding alignments to another Enlargement of the phase difference initially brought about by the Wollaston prism 6 was, at. In contrast to the original setting, as shown in FIG. 2 shown is, however, there is now no doubling of the phase difference. If the Wollaston prisms 6 and 8 have a relative angular offset so appear the interference fringes 17 are not as close together as in the case of the one shown in FIG Position is the case. The spatial line frequency (number of lines per unit length) is, since the two partial angles of the prism 8 are equal to the angle 6 c, by the following Relationship determined: 4 = 4 (ne - n0) tan (6c) cos equation (2) in equation (2) means: fç is the spatial line frequency generated by the prisms 6 and 8 Interference fringes, the prisms 6 and 8 from their starting position shown in FIG were rotated in opposite directions of rotation by the angle 0; (6c), ne, nO and R have the same meaning as in equation (1).

Wenn der Winkel 0 in F i g. 3 größer wird als 60°, so beginnt das Wollaston-Prisma 8 die durch das Wollaston-Prisma 6 eingeführte Phasendifferenz zu kompensieren. Die resultierende Phasendifferenz nach Hindurchtreten des Lichtes durch beide Wollaston-Prismen 6 und 8 ist deshalb kleiner als die allein vom Wollaston-Prisma 6 eingeführte Phasendifferenz. Deshalb liegen die Linien 17 dann weiter auseinander. If the angle 0 in FIG. 3 becomes greater than 60 °, this is how it begins Wollaston prism 8 the phase difference introduced by the Wollaston prism 6 to compensate. The resulting phase difference after passing through of the light through both Wollaston prisms 6 and 8 is therefore smaller than that alone phase difference introduced by Wollaston prism 6. This is why lines 17 are located then further apart.

Wenn der Winkel 0 in F i g. 3 90" erreicht, so erzielt man eine vollständige Kompensation mit dem Ergebnis, daß die Interferenzlinien 17 verschwinden. If the angle 0 in FIG. 3 reaches 90 ", a full one is achieved Compensation with the result that the interference lines 17 disappear.

Die erfindungsgemäße optische Einrichtung ist deshalb in der Lage, Interferenzlinien mit einer räumlichen Linienfrequenz zu erzeugen, die doppelt so groß ist wie die mit nur einem Wollaston-Prisma erzielbare räumliche Linienfrequenz; darüber hinaus kann die räumliche Linienfrequenz verändert werden, wobei alle Zwischenwerte bis hinunter zu Null möglich sind.The optical device according to the invention is therefore able to Generate interference lines with a spatial line frequency twice that is as large as the spatial line frequency that can be achieved with just one Wollaston prism; In addition, the spatial line frequency can be changed, with all intermediate values down to zero are possible.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Verschiebung der Interferenzlinien 17 unter Beibehaltung eines konstanten Abstandes ermöglichen. Die in den F i g. 4 und 5 vorkommenden optischen Elemente tragen dieselben Bezugszeichen wie die korrespondierenden Elemente in den F i g. 1 und 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei weitere optische Elemente hinzugekommen, nämlich ein Soleilkompensator 37 und eine 42-Platte 39; letztere hat eine in horizontaler Richtung verlaufende optische Achse 39 a. The F i g. 4 and 5 show another embodiment of the present Invention that shifts the interference lines 17 while maintaining a allow constant distance. The in the F i g. 4 and 5 occurring optical Elements have the same reference numerals as the corresponding elements in FIG F i g. 1 and 2. In this embodiment there are two further optical elements added, namely a solar compensator 37 and a 42 plate 39; latter has an optical axis 39 a running in the horizontal direction.

Der Soleilkompensator funktioniert in der herkömmlichen Weise; die vertikale und die horizontale Lichtkomponente haben beim Durchtritt durch die beiden Keile des Soleilkompensators verschieden große optische Weglängen. Diese optischen Weglängen sind aber in der Ebene senkrecht zur Achse des Systems konstant, so daß eine in dieser Ebene einheitliche Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtkomponenten herbeigeführt wird. Der Polarisator 5 und der Soleilkompensator 37 sind in einer Haltevorrichtung41 (vgl. Fig. 4) stationär untergebracht. Der Soleilkompensator ist mit einem Schraubengewinde 43 ausgestattet, mit dem einer der beiden Keile des Soleilkompensators in vertikaler Richtung verschoben werden kann. Dadurch werden die optischen Weglängen und damit die optische Weglängendifferenz zwischen der vertikalen und der hortzontalen Lichtkomponente verändert, so daß sich eine veränderte Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtkomponenten ergibt. Mit dem Soleilkompensator 37 kann man also dem Licht vor dessen Auftreffen auf das Wollaston-Prisma 6 eine Anfangsphasendifferenz zwischen der horizontalen und der vertikalen Komponente einprägen, so daß sich die Interferenzlinien dadurch wahlweise verschieben lassen. Da diese Anfangsphasendifferenz in der Ebene senkrecht zur Achse des Systems konstant ist, wird der Abstand zwischen den Interferenzlinien durch den Soleilkompensator 37 nicht beeinflußt. The solar compensator works in the conventional way; the vertical and horizontal light components have when passing through the two Wedges of the solar compensator with different optical path lengths. This optical Path lengths are constant in the plane perpendicular to the axis of the system, so that a phase shift that is uniform in this plane between the two light components is brought about. The polarizer 5 and the solar compensator 37 are in one Holding device41 (see. Fig. 4) housed stationary. The brine compensator is equipped with a screw thread 43 with which one of the two wedges of the Soleilkompensators can be moved in the vertical direction. This will be the optical path lengths and thus the optical path length difference between the vertical and the hortzontal light component changed, so that a changed phase shift between the two light components results. With the Soleilkompensator 37 you can that is, the light has an initial phase difference before it strikes the Wollaston prism 6 impress between the horizontal and vertical components so that the You can choose to move the interference lines. Because this initial phase difference is constant in the plane perpendicular to the axis of the system, the distance between the interference lines by the solar compensator 37 is not influenced.

Die optischen Elemente 39 und 6 bis 9 sind in der in F i g. 4 gezeigten Haltevorrichtung untergebracht. The optical elements 39 and 6 to 9 are shown in FIG. 4 shown Holding device housed.

Das Wollaston-Prisma 6 ist in einer kreiszylindrischen Fassung 21' untergebracht, die mit Hilfe von Zähnen 23' in ein Zahnrad eines Differentialgetriebes 33 eingreift. Die in F i g. 4 gezeigte Fassung 21' enthält im Gegensatz zu der in F i g. 1 gezeigten Fassung jetzt nur das Wollaston-Prisma 6, während im ersten Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Wollaston-Prisma 6 auch der Polarisator 5 gleichzeitig mitgedreht wurde. Die 42-Platte 39 ist in einer Fassung 45 untergebracht, die mit Hilfe von Zähnen47 in ein Getrieberad des Differentials 33' eingreift, wobei die Übersetzung so ausgelegt ist, daß die A/2-Platte39 im Vergleich zum Wollaston-Prisma 6 immer nur halbe Drehungen ausführt.The Wollaston prism 6 is in a circular cylindrical mount 21 ' housed, which with the help of teeth 23 'in a gear of a differential gear 33 intervenes. The in F i g. In contrast to that shown in FIG F i g. 1 version shown now only the Wollaston prism 6, while in the first embodiment together with the Wollaston prism 6, the polarizer 5 also rotated at the same time became. The 42 plate 39 is housed in a socket 45, which with the help of Teeth47 meshes with a gear wheel of the differential 33 ', the translation is designed so that the A / 2 plate 39 in comparison to the Wollaston prism 6 always only makes half turns.

Das in F i g. 6 gezeigte Vektordiagramm beschreibt, in welcher Weise die A/2-Platte 39 die Polarisationskomponenten ausrichtet, daß sie den optischen Achsen des Wollaston-Prismas 6 entsprechen, wenn die Wollaston-Prismen 6 und 8 gegensinnig um den Winkel 0 gedreht werden. Das aus dem Polarisator 5 austretende Licht ist unter 45" in bezug auf die Koordinatenachsen y und x polarisiert, wie dies durch den Vektor 1>i zum Ausdruck gebracht wird. The in Fig. 6 shows the vector diagram in which way the A / 2 plate 39 aligns the polarization components so that they match the optical The axes of the Wollaston prism 6 correspond when the Wollaston prisms 6 and 8 are in opposite directions be rotated by the angle 0. The light emerging from the polarizer 5 is polarized at 45 "with respect to the coordinate axes y and x, as shown by the vector 1> i is expressed.

Die beiden zueinander senkrechten Polarisationskomponenten v1 und h1 sind beim Austritt des Lichtes aus dem Polarisator 5 gleichphasig. Nach Durchlaufen des Soleilkompensators 37 sind die beiden Komponenten v1 und h1 nicht mehr in Phase; dieser Sachverhalt läßt sich in der zweidimensionalen Darstellung der F i g. 6 nicht zum Ausdruck bringen.The two mutually perpendicular polarization components v1 and h1 are in phase when the light emerges from the polarizer 5. After going through of the soleil compensator 37, the two components v1 and h1 are no longer in phase; this fact can be seen in the two-dimensional representation of FIG. 6 not to express.

Während die Koordinaten y und x der Polarisationskomponenten in bezug auf den Polarisator 5 noch vertikal und horizontal liegen, so verursacht eine Drehung der 42-Platte 39 eine Koordinatendrehung in eine neue Lage, die durch die Achsen X und Y dargestellt ist. Auf Grund der durch das Untersetzungsgetriebe am Differential 33' (vgl. F i g. 4) bedingten untersetzten Drehung der 42-Platte 39 ergibt sich eine Koordinatenversetzung um den Winkel 0/2. Die Vektorkomponenten in bezug auf die Koordinatenachsen X und Y kehren sich unter der Einwirkung der 42-Plafle 39 um, so daß die neuen, zueinander senkrechten Polarisationskomponenten Y1 und H1 entstehen. Diese Komponenten Vlt und Hl, sind mit den optischen Achsen des Wollaston-Prismas 6, das um den Winkel gedreht wurde, ausgerichtet. Das Wollaston-Prisma 6 und die übrigen optischen Elemente 7 bis 9 funktionieren in der gleichen Weise, wie es bereits in bezug auf F i g. 3 ausführlich beschrieben wurde. While the coordinates y and x of the polarization components are related are still vertically and horizontally on the polarizer 5, it causes a rotation of the 42-plate 39 a coordinate rotation to a new position defined by the axes X and Y is shown. Due to the reduction gear on the differential 33 '(cf. FIG. 4) conditional reduced rotation of the 42-plate 39 results a coordinate offset by the angle 0/2. The vector components related to the coordinate axes X and Y are reversed under the action of the 42 plafle 39 um, so that the new, mutually perpendicular polarization components Y1 and H1 develop. These components Vlt and Hl are with the optical axes of the Wollaston prism 6, which has been rotated by the angle. The Wollaston prism 6 and the remaining optical elements 7 to 9 function in the same way as it already did with respect to FIG. 3 has been described in detail.

Zusammenfassend wurde eine optische Einrichtung zur Veränderung der Polarisationseigenschaften eines Lichtstrahlenbündels beschrieben, bei dem ein Gitter 15 von Interferenzlinien 17 auftritt. Die erfindungsgemäße optische Einrichtung gestattet eine Abstandsveränderung der Interferenzlinien und in einem Ausführungsbeispiel eine insgesamte Verschiebung des Interferenzgitters. Die Einrichtung kommt mit verhältnismäßig wenigen optischen Elementen aus, die in einer einfachen Haltevorrichtung untergebracht und auf verhältnismäßig einfache Weise eingestellt werden können. Es zeigt sich, daß die optische Einrichtung gegenüber Vibrationen verhältnismäßig unempfindlich ist, was darauf zurückzuführen ist, daß unter dem Einfluß von außen kommender Vibrationen sowohl die horizontale als auch die vertikale Polarisationskomponente äquivalente Ablenkungen erfahren. In summary, an optical device for changing the Polarization properties of a light beam described in which a grating 15 of interference lines 17 occurs. The optical device according to the invention allows a change in the distance of the interference lines and in one embodiment an overall displacement of the interference grating. The facility comes with proportionate a few optical elements housed in a simple holding device and can be adjusted in a relatively simple manner. It appears, that the optical device is relatively insensitive to vibrations is what is due to that under the influence of external vibrations both the horizontal and vertical polarization components are equivalent Experience distractions.

Obwohl in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Wollaston-Prismen 6 und 8 zur Anwendung kamen, so lassen sich jedoch in gleicher Weise auch Rochon-Prismen oder andere optische Elemente mit entsprechenden Eigenschaften anwenden. Diese optischen Elemente müssen lediglich eine räumlich veränderliche Phasendifferenz zwischen orthogonalen Polarisationskomponenten beim Lichtdurchgang herbeiführen. Although in the embodiments shown here of the present Invention Wollaston prisms 6 and 8 were used, but can be in in the same way also Rochon prisms or other optical elements with corresponding ones Apply properties. These optical elements only have to be spatially variable phase difference between orthogonal polarization components at Bring light through.

Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, daß der Polarisator 5 und der Analysator 9 nicht notwendigerweise gekreuzt angeordnet sein müssen. Verändert man beispielsweise die Lage des Analysators 9 um 90° von der in Fig.2 gezeigten Lage, so erfolgt eine Umkehrung der Interferenzstreifen, d. h., die dunklen Interferenzstreifen 17 werden hell und der helle Zwischenraum wird jetzt dunkel. Finally, it should be noted that the polarizer 5 and the analyzer 9 need not necessarily be arranged in a crossed manner. Changes man For example, the position of the analyzer 9 by 90 ° from the position shown in Figure 2, thus the interference fringes are reversed; i.e., the dark interference fringes 17 become light and the light space between them is now dark.

Claims

Claims: 1. Interferometer arrangement for setting the interference line spacing, between a rotatable polarizer arrangement and a rotatable analyzer arrangement a polarizing prism arrangement with an orientation perpendicular to the optical axis Plate plane is arranged, d a by gek e n n n z ei c h n e t that two around the same Polarizing prisms (6, 8) rotatable in opposite directions and one between the two fixed A / 2 plate (7) are provided and that the planes of polarization of the polarizer (5) and the analyzer (9) in the starting position or perpendicular parallel to each other and at 45 ° to the planes of polarization of the polarizing prisms (6 or 8) are oriented.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the polarizer (5) and the analyzer (9) with the next to them Polarizing prisms (6 or 8) are arranged rotatably together.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the optical Axis of the A / 2 plate (7) in the starting position under 45 "to the planes of polarization the polarizer (5) and the analyzer (9) runs.

4. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the polarizer (5) is fixed and that between the polarizer (5) and the closest (6) of the polarization prisms an adjustable polarization compensator (37) and a half-speed rotatable A / 2 plate (39) are provided are.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that Wollaston prisms are provided as polarization prisms.

6. Arrangement according to claim 4, characterized in that as a polarization compensator a solar compensator is provided.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 109 411.