Способ развязки лазера и интерферометра

пцп 784457 ьоез Советским Социалистических Республик(51 Кл,аС 01 В 9 22) Заявлено 27,04.79 присоединением заявкиГасударственные комите СССР ло делам иэобретеиий и открытий(71) Заявитель В. А. Алешин и М. Н. Дубров рдена Трудового Красного Знамени институт радиотехник и электроники АН СССР54) СПОСОБ РАЗВЯЗКИ ЛАЗЕ И ИНТЕРФЕРОМЕТРАИзобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано в лазерных интерферометрах, предназначенных для точного измерения размеров,углов, расстояний, перемещений и деформаций в метрологии, машиностроении, геодезии и геофизике,На работу лазерных интерферометровзаметное мешающее воздействие оказывают паразитные отражения и блики, которые неизбекно возникают на оптическихэлементах интерферометра,Известен способ развязки лазера и интерферометра 11, заключающийся в пространственном разделении лазерного пучка, поступающего в интерферометр и всехотраженных пучков, . возвращающихся отинтерферометра в резонатор лазера,Наиболее близким техническим решением можно считать способ развязки лазера 20и пптерферометра 2, основанный на ослаблении возвращающегося от иптерферометра в лазер излучения, состоящий втом, что линейно поляризованное излучение лазера, поступающее в интерферометр, преобразуется в излучение с круговой поляризацией, Паразитпые отраженияи блоки, возвращающиеся от интерферометра к лазеру, задерживают с помощьюкомбинации двулучепреломляющпх оптпчс ских элементоврометром,Недостатком описанного способа развязки лазера и интерферометра является неполное ослабление мощности излучения возвращающегося в резонатор лазера, так как преобразование линейно поляризованного света в излучение с круговой поляризацией и наоборот обычно сопровождается появлением эллиптической поляризации.Целью изобретения является повышение точности интерференционных измерений за счет увеличения степени развязки лазера и интерферометр а.Для достижения этой цели в способе развязки лазера и интерферометра при цнтерференционцых измерениях, основанном на ослаблении возвращающегося от интерферометра в лазер излучения, изменяют длину оптического пути между лазером и интерферометром, при этом регистрируют амплитуду колебаний интерференционной картины и оценивают погрешность пптсрферометра, затем одновременно модулпруют излучение лазера и плавно изменяют глубину модуляции и длину оптического пути между лазером и интерферометром до получения минимального значения погрешности интерферометра. Прп этом модуляцию лазерного излучения моятно осуществ(3) 3лять по фазе или частоте, а после достижения минимальной амплитуды колебаний интерференционной картины длину оптического пути между лазером и интерферометром поддерживают постоянной.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, а на фиг, 2 - график зависимости коэффициента Фурье от индекса модуляции для различных форм модуляции.Устройство состоит из лазера 1, интерферометра 2, фазового модулятора 3, генератора 4 переменного напряжения с регулятором 5 амплитуды колебаний генератора, источником 6, постоянного напряжения с регулятором 7 напряжения и ключей 8,9 и 10.Развязку лазера и интерферометра осуществляют следующим образом,Подключают источник 6 постоянногонапряжения к модулятору 3, изменяют регулятором 7 расстояние между лазером и интерферометром, при этом регистрируют амплитуду колебаний интерферометрической картины при неизменном расстоянии между его элементами. Указанные колебания вызываются периодическими изменениями частоты излучения лазера вследствие ее затягивания внешним резонатором, образованным зеркалами лазера и интерферометром. Затем с помощью ключей 8 и 9 на модулятор 3 подается переменное напряжение, амплитуду которого можно регулировать. Поле волны, прошедшей через фазовый модулятор 3 в прямом направлении, можно записать в видеЕ(1) = Е, сово,1+ иФ(Ю), (1 где со - частота излучения лазера,Й частота модулирующего сигнала,Ф(Й 1) - его форма,т - глубина (индекс) модуляции,Если частота модуляции мала по сравнению с величиной, обратной времени задержки оптического сигнала в иптерферометре (т. е. если Я 1,5 мГц для интерферометров длиной до 100 м), то поле, прошедшее через модулятор в обратном направлении и возвратившееся в резонаторЕЯ = Е, соз 1 в + 2 тФ(й) + ф, 2) где ф - дополнительный фазовый побег луча в интерферометре и в пространстве между лазером и интерферометром. Г 1 оле (2) кроме основной частоты ь содержит ряд боковых частот; при частоте Я большей полосы регистрации ицтерферометра или системы АПЧ лазера эти боковые частоты не будут влиять на работу лазерного интерферометра, Помехи будут вызываться только гармоникой поля (2) на частоте излучения лазера о, Амплитуда этой гармоники определяется соответствующим ко 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 05 эффпцпептом Фурье, который выражаетсяипнтегралом вида На фиг. 2 представлена зависимость коэффициентов (3) от индекса т для разных видов фазовой модуляции: кривая 11 для сипусоидальной формы, кривая 2 для прямоугольной и кривая 3 для треугольной или пилообразной модуляции. Важной особенностью кривых 11, 12 и 13 является наличие некоторых оптимальных значений глубины модуляции т, при которых В(т) обращается в ноль, а значит осуществляется полная развязка лазера и интерферометра.Эти значения и соответствуют перекачке мощности основной оптической частоты в боковые составляющие. Приведенный выше анализ, естественно, в равной мере применим при работе лазера 1 также и в режиме генерации нескольких оптических частот, После достижения минимальной связи между лазером и интерферометром 2 ключи 9 и 10 отключают и приступают непосредственно к иптерферепциопным измерениям.Можно предложить и другис примеры реализации описанного способа развязки лазера и иптерферометра. В схеме па фиг. 1 вместо фазового модулятора можно использовать акустооптический кристалл или ячейку и выполнить частотную модуляцию лазерного излучения.Применение данного способа развязки лазера и интерферометра позволяет повысить точность измерений не менее, чем в 10 раз. Формула изобретения 1. Способ развязки лазера и интерферометра при иптерференционпых измерениях, основанный на ослаблении возвращающегося от иптерферометра в лазер излучения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности интерференционных измерений, изменяют длину оптического пути между лазером и интерферометром, при этом регистрируют амплитуду колебаний интерференционной картины и оценивают погрешность интерферометра, затем одновременно модулируют излучение лазера и плавно изменяют глубину модуляции идлипу оптического пути между лазером и пнтерферометром до получения минимальной погрешности иптерферометра, после чего длину оптического пути между лазером и интерферометром поддерживают постояннойй.2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что модулируют фазу излучения лазераа.784457 Ит0,6 РО Корректор Е. Михеева Камышникдва Те актор П, Горько Заказ 1023/17 Изд.186 Тираж 624НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам нзобретенн113035, Москва, 5 К, Раушская наб., д. 4/5 Подписноеоткрытий пографпя, пр. Сапунова о 3. Способ по п, 1, отличающийся тем, что модулируют частоту излучения лазера. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе