Датчик локальных наклонов волнового фронта

)НОЕ ПАТЕНТНсссР К ПИСА АВТОРСКО НИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 4845215/25 я эффекиля волреальйом" ретения: ронта на нной рем сигна- При этом существ- и точной(71) (72) ми (56) нол А.Л,К новая т улос К. ений в опти.: Мир,алиопозмущивнанко, М Компенреа)ьнка./Пе198 ия атмосферных в времени, - Адапт од ред. Э.А,Витриче тся к технической ользовано для соройств измерения а световых пучков мени,енного вов емезобретение относи зике и может быть исп а ия эффективных уст о иля волнового фронт ре льном масштабе вре(46)07.02.93. Бюл, М 5МГУ им, М,В.ЛомоносоваА,В.Аврамов, А,В.Корябиский и В.И,ШмальгаузенХарди Дж. Актйвная оптикгия управления световымТИ ЭР, 1979, т, 66, )ч. 6.рди Дж., Лефевр Дж., К Для измерения перем р ни профиля волнового фронта (ВФ) используются датчики волнового фронта (ДВФ), осндванные на измерении локальных наклонов азового профиля световой волны, Такие датч ки могут работать с некогерентным светом в отличие от двух- и многолучевых интерферометров не требуют опорного пучка.Известна конструкция датчика Гартмана, 1 которой измерение локальных наклоновФ производится с помощью линзового растра и устанавливаемых в его фокальной плоскости квадрантных (четырехсекторных) фотог) риемников 1),Недостатком метода Гартмана является чувствительность к неоднородности распределения яркости исследуемого светового пучка, что ухудшает точность измерения профиля ВФ.(54) ДАТЧИК ЛОКАЛЬНЫХ НАКЛОНОВВОЛНОВОГО ФРОНТА(57) Использование: для созданитивных устройств измерения профнового фронта световых пучковвмасштабе времени. Сущность изобиспользуется датчик волнового фосйове двухчастотной дифракциошетки с последующим выделениелов на двух основных частотах.измерение локальных наклонов оляется одновременнопо грубойШкалам. 2 ил. Прототипом заявляемого устройства является гетеродинный интерферометр поперечного сдвига на основе вращающейся дифракционной решетки Ронки. Исследуемый световой пучок направляется на линзу (Л, в фокальной плоскости которой распо-ф ложена вращающаяся дифракционная ре-4 шетка (Р), Изображение фокального пятнаК,) на решетке перейосится линзой (Л 2) в пло- (,) скость изображения, в которой расположен многоэлементный фотоприемник (ФП) 2),Интенсивность света в плоскости изображения модулируется частотой перекры- фф тия штрихами фокального пятна, При наклоне ВФ входного пучка пройсходит смещейие фокального пятна и его перекры- а тие штрихом вращающейся решетки происходит раньше или позже в зависимости от знака наклона ВФ, поэтому фазы выходных сигналов резонансных усилителей(РУ) зависят от локальных наклонов ВФ в соответствующих зонах входной апертуры датчика.Фазовые детекторы ФД измеряют фазы выходных сигналов РУ относительно фазыопорного сигнала, который формируется спомощью тдй же решетки, опорного источника света (ОИ) и фотоприемника опорногосигнала (ОФП), Для правильной работы устройства необходимо, чтобы в пространственном спектре функции пропусканиярешетки отсутствовали четные гармоники основной пространственной частоты. Этому условию удовлетворяет решетка Ронки,Скважность штрихов которой равняется 1/2.Недостатком прототипа является малыйдиайазон измерения локальных наклонов;- величина А которого равна отношению периода решетки к фокусному расстояниюлинзы Л 1: А- д/1, так как смещение фокального пятна в плоскости решетки более чем. на д вызывает скачкообразное изменениефазы выходного сигнала фотоприемника на2. Абсолютная точность измерения локальных наклонов также пропорциональна величине б и составляет некоторую зависящуюот уровняшумов фотоприЕмника ддлю диапазона А. При постоянном уровне шумовповйшение точности измерений возможнолишь при использованйи решетки с меньшйм периодом; что приводит к уменьшениюдиайазОна,Целью изобретения является расшире-нйе диапазонаизмеряемых локальных наклонов волнового фронта при одновременном 0сохранении точности измерений,С этой целью в датчике локальных наклонов волнового фронта, содержащим двесоосные линзы, установленную в их общейфокальной плоскости дифракционную ре- З 5шетку с периодом д и скважностью 1/2,матрицу фотоприемников, установленную взадней фокальной плоскости второй линзы,резонансные усилйтели, фазовые детекторы, опорный источник света и фотоприемник опорного сигнала; использованадвухчастотная дифракционная решетка спериодом О = М б, где й1- целое число,причем одна половина периода решеткипромодулирована со скважностью 0, а вторая половина периода - со скважностью(1-ц), где о1/2, при этом каждый фотоприемник связан с дополнительным резонансным усилителем и фазовым детектором,измервощим фазу низкочастотной компоненты сигнала фотоприемника, соответствующей периоду О решетки.На фиг. 1 представлена зависимостьпрофиля пропускания двухчастотной диф-,ракционной решетки. На фиг, 2 приведена схема датчика локальных наклонов волнового фронта на основе двухчастотной дифракционной решетки.Сущность предлагаемого устройства заключается в следующем,Информация об измеряемых локальных наклонах в датчике с двухчастотной решеткой содержится в фазах гармонических компонент выходного сигнала каждого фотоприемника. Измерения фазы высокочастотнбй компоненты, частота которой соответствует "короткому" периоду д, позволяет, так же как и в схеме прототипа, определить локальный наклон ВФ с высокой точностью (пропорциональной величине б) в узком диапазоне его изменения: д/Е,Дополнительный резонансный усилитель вйделяет из выхбдного сигнала фотоприемника низкочастотную компоненту с частотой, соответствующей "длинному" периоду О модуляции решетки, Измерения фазы этой низкочастотной компоненты с йомощью дополнительного фазового детектора позволяют определить локальный наклон ВФ в более широком (в й раз) диапазоне его изменения: О/1 = йд/1 . При этом относительно низкая точность измеренйй в низкочастотном канале компенсируется высокой точностью измерений более "высокочастотного" канала.Для предотвращения взаимного влияния "грубого" и "точного" каналов за счет комбинационных частот необходимо, чтобы в спектре выходного сигнала фотоприемника отсутствовали четные гармоники высокочастотной компоненты. Для этого необходимо, чтобы в пространственном спектре функции пропускания решетки отсутствовали четные гармоники пространственной частоты 1/д, Решетка с профилем, изображенным на фиг. 1, удовлетворяет этому требованию, так как средняя за период О скважность штрихов решетки составляет (р+(1-4)/2 = 1/2 при любйх значениях о. Величинаскважности о влияет лишь на соотношение амплитуд информационных компонент. По Сравнению с прототипом и другими известными датчиками предлагаемое устройство позволяет одновременно увеличивать и точность, и диапазон измерения локальных наклонов волнового фронта световых пучков.ада. Фиг,Я д Формула изобретенияатчик локальных наклонов волнового фро та, содержащий опорный источник свет, две соосные линзы, установленную в их о щей фокальной плоскости дифракци онную решетку, фотоприемники, установлен ые .в задней фокальной плоскости вто й линзй, соединейные с первыми резон нснйми усилителями, которые соединен с фазовыми детекторами, а фазовые 10 дете торы через вторые резонансные усилите и соединены с фотоприемййком опорного сигнала, оптически связанным через диф акционную решетку с опорнйм источник м света, о т л ич а ю щ и й с я -тем; что, 15 с це апазона иэмеряе 1Л 1,Л 2 - линзы, Р - РУ - резонансные усил Ой - опорный источник мых локальных наклонов, в него введены первые дополнительные резонансные усилители, входы которых соединены с фотоприемниками. а выходы - с дополнйтельнйми фазовыми детекторами, которые соединены с вторыми дополнительными резонансными усилителями, соединенными с фотоприемником опорного сигнала, а дифракционная решетка выполнена двухчастотной с периодом О = й О, где М1 - целое число, а б - период, соответствующий фазе высокочастотной компоненты, причем одна половина периода решетки выполнена со скважностью р для высбкочастотной компоненты, а вторая половина периода - соответственносо скважностью 1 - р, где р1/2,