Интерференционный способ измерения распределения фазы по сесечнию пучка лазера

О Й И С А Н И Е щ 575917ИЗОБРЕТЕН КЯГ Союз Советских Социалистическим республикцсццем за 5 тьк присос 3) Приоритет с 1 дарствеииыи комитет Совета Миииотров ССС 8 (о 3) Ъ ДК ацо 30 07 7(45) Дата оцуб 1.378.388.8) оллетец ае аелам зооретоиии и открытий.7 Ь новация оц ацця 2 о(72) Авторы изобретени К. Бергер, И, А. Дерюгин и А, В. МихеенХабаровский политехнический институт 71) Заявитсл ИОННЫЙ СПОСОБ И Ы ПО СЕЧЕНИ 10 ПУ ЕРЕНИЯ КА ЛАЗЕ(54) ИНТЕРФЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ф 2 1=1, +1,+1,1,соде 1 з - интенсивности излу дающего на фотоптком способа является смена пл Изобретение относится к ооластц квантовой электроники и может использоваться для измерения волнового фронта лазерного излучения в голографических и интерферометрических системах, а также в устройствах для контроля качества обработки оптических элементов.Известен интерферометрический способ исследования распределения фазы, согласно которому лазерный луч разделяется на два пучка, исследуемый и опорный (плоский или сферический), которые затем совмещаются 1. Точность измерения определяется точностью формирования опорной волны, которая контролируется только путем измерения распределения фазы. Кроме того, в оптической схеме могут воз;икать искажения как исследуемого, так и опорного пучка, которые также неконтролируемы.Ближайшим по технической сущности к изобретению является способ измерения распределения фазы, при котором опорная волна не создается, а обеспечивается интерференция на пластинке мекду двумя различными участками одного и того же пучка, сдвинутыми один относительно другого 2, В этом случае измеряется производная фазового распределения, которая затем интегрируется.Недоста а стицок для измерения интенсивности каждого пучка, что усложняет измерения и увеличивает ошибку. Кроме того, клиновидность и оптическая неоднородность пластинки, цеплоскостность ее граней приводят к дополнительным ошибкам. При работе с мощцымц газовы.ди лазерами оптическая неоднородность, вызванная нагревом, может оказаться принципиально неустрани О мой.С целью повышения точности измеренияинтер ференционную картину получают от двух отверстий в непрозрачном экране, который размещают ца пути лазерного пучка, перемещают экран поперек пучка с шагом, равным расстоянию между отверстиями, измеряют интенсивность света в дискретных положениях экрана посредством фотоприемника с диафрагмой, которые жестко связаны с экраном и размещены за ним в ближней зоне отверстий, и по измеренным значениям судят о распределении фазы. При этом отсутствуют оптические элементы, искажаощие пучок.Интенсивность интерференции, измеряемую фотоприемником, можно описать формулой:(х,) = Ь(х,),первого и второго отверстий соответственно;Ьгр= Ьгр+Ьгргде Ьр - разность фаз волн от первого ивторого отвсрстий в месте нахождения диафрагмы фотоприемника;Ьгр, - разность фаз в исследуемом пучке в точках, в которых находятсяотверстия;Ьср - разность фаз, набегающая засчет разности хода волн от первого и второго отверстий.Измеряя 1, 1 ь 1, можно найти Ьгр из формулы (1), Если одно отверстие зафиксировать в центре пучка, а второе перемещатьпоперек пучка вдоль оси х, то слагаемоеЬр, даст искомое распределение фазы гр(х),Однако, чтобы исключить влияние слагаемого Ьгрн, надо приемник удалить ца достаточно большое расстояние. По расчетам,это расстояние должно быть около 10 м.В этом случае чувствительности фотоприемника не хватит, чтобы зарегистрироватьизлучение. Для устранения этой трудностипредлагается перемещать поперек пучкаэкран с отверстиями вместе с диафрагмой ифотоприемником с шагом, равным расстоянию между отверстиями. В этом случае величина Ьсростается постоянной и ее можно определенным образом исключить. Тогда измеряемая разность фаз равнаЬгр (х;) = р (х;+ Ьх) - р (х;),где- номер шага;Ьх - расстояние между отверстиями.Если фазу в центре пучка положить равной нулю, то на Й-том шаге от центра фазабудет равна Таким образом, можно измерить распределение фазы с шагом Ьх, Существенно, что при реализации способа высокая точность измерения распределения фазы достигается при достаточно малом расстоянии между фотоприемником и экраном с отверстиями.На фиг. 1 изображена блок-схема установки для измерения распределения фазы в пучке непрерывного лазера предложенным способом; на фиг. 2 - кривые теоретического и экспериментального распределений фазы по сечению лазерного пучка.Измерение проводят на Не - Ме - лазере 1 с длиной волны излучения 0,63 мкм (см. фиг. 1). Интенсивность интерференции от отверстий 2 и 3 регистрируется с помощью диафрагмы 4 и фотоэлектронного умножителя 5. Сигнал с фотоумножителя 5 подается на микроамперметр 6. Экран с отверстиями 2 и 3, диафрагма 4 и фотоумножитель 5 крепятся ца одной плате и перемещаются с помощью подвижного столика 7. Величина поремещения измеряется индикатором 8 часового типа с ценой деления 0,01 мм. 0 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 00 65 Отверстия 2 и 3 и диафрагма 4 имеют диаметр -0,05 мм. Расстояние между центрами отверстий 2 и 3 0,2 мм, а между непрозрачным экраном с отверстиями и диафрагмой 4 110 мм. Перед отверстиями 2 и 3 устанавливается шторка 9 для поочередного перекрывания отверстий.Подвижный столик 7 перемещают с шагом 0,2 мм. На каждом шаге измеряют показания; 1, - при открытом отверстии 2, 1 - при открытом отверстии 3, 1 - при открытых отверстиях 2 и 3, По формуле (1) находят величину Ьср(х;).Распределение фазы, найденное по формуле (2), показано на фиг. 2 сплошной линией. Для сравнения пунктирной кривой показано распределение, рассчитанное по теоретической формуле. Согласно расчетам, ошибка измерения фазы определяется в основном точностью измерения интенсивности. В настоящем эксперименте максимально возможная ошибка достигает 10, а средняя ошибка составляет несколько градусов,Предложенный способ измерений позволяет повысить точность за счет исключения ошибки, возникающей при искажении пучка оптическими элементами. Это особенно важно для мощного излучения, которое может вызвать неконтролируемое изменение однородности оптических элементов. При повышении точности измерения интенсивности точность измерения фазы можно довести до 1 - 2. Кроме того, обеспечивается возможность измерений в ближней зоне отверстий, что значительно снижает требования к чувствительности приемников, а также возможность создания эталонной опорной волны для контроля качества изготовления оптических элементов. Формула изобретения Интерференционный способ измерения распределения фазы по сечению пучка лазера непрерывного действия, основанный на получении интерференционной картины между различными участками пучка, отл ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, интер ференционную картину получают от двух отверстий в непрозрачном экране, который размещают на пути пучка, перемещают экран поперек пучка с шагом, равным расстоянию между отверстиями, измеряют интенсивность света в полученных дискретных положениях экрана посредством фотоприемника с диафрагмой, которые жестко связаны с экраном и размещены за ним в ближней зоне отверстий, и по измеренным значениям судят о распределении фазы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Линник В, П. и др. Интерферометр для исследования фронта волны лазера. ОМП, 1971, Мо 11, с. 27 - 29.%г. 7 Уаза т" град 2, МРГ Раагагояли га луе Составитель А, Субочехред Н. Рыбкина едактор Л. Письм Тираж 655Совета Министровй и открытийушская наб., д. 4/5 Заказ 1364/1Н писное Типография, пр. Сапунова,2. Черемискин И, В., Чехлова Т. К. Измерение фазового распределения поля на выходном зеркале оптического квантового геИзд.556Государственного комитет по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Р Корректоры: А. Степанова и О. Тюрина