Способ измерения угла между интер-ферирующими фронтами

(22) Заявлено 09,11.7 с присоединением заявкиГосударственный комит 123) Приоритет143) Опубликовано 07.03,81. Бюллетень9 53) 535,8 (088,8 по делам изобретений н открытий(72) Автор изобретен ладо 71) Заявитель изико-техническии институт низких температурАН Украинской ССР4) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИ ИНТЕРФЕРИРУЮЩИМ ГЛА МЕЖДУРОНТАМИ вышение 3 Изобретение относится к оптико-интерференционным средствам измерения и может быть использовано для определения угла между интерферирующими фронтами при автоматической юстировке двухлучевых ин терференционных устройств.Известны способы 11 измерения угла между интерферирующими фронтами, основанные на измерении разности хода лучей в двухлучевом интерферометре и счете чис ла полос в поле интерференции неподвижного источника; он допускает автоматизацию процесса измерения.Наиболее близок к предлагаемому способ 12, описанный в основном авт. св. 15720293, основанный на том, что в двух- лучевой интерферометр дополнительно вводят подвижный луч, формируют поле его интерференции и осуществляют в нем счет числа полос при смещении луча между двумя парами точек на взаимно перпендикулярных прямых, а величину угла определяют по разности числа полос, полученной при их счете в полях интерференции подвижного и неподвижного лучей.25К недостаткам способа можно отнести недостаточную точность автоматической юстировки интерферометра, особенно при малых углах между фронтами.Целью изобретения является по точности автоматическои юстировки интерферометра.Эта цель достигается благодаря тому, что интенсивность в неподвижном луче удерживают на уровне полусуммы максимальной и минимальной интенсивностей путем изменения положения подвижного зеркала и определяют величину угла по изменению интенсивности подвижного луча при смещении его между точками каждой из пар точек, подвижный луч перемещают по окружности, в центре которой располагают неподвижный луч, а величину угла определяют, выделяя синусную и косинусную составляющие первой гармоники интенсивности подвижного луча.На чертеже представлена схема интерференционного устройства.Устройство содержит светоделитель 1, неподвижное зеркало 2, подвижное зеркало 3, неподвижный луч 4, подвижный луч 5, зеркало 6 с отверстием в центре, линзу 7, фотоприемники 8 и 9, блок управления 10, синхронный детектор 11, блок 12 отметок положения подвижного луча. На чертеже отмечены две пары положений подвижного луча - 13 и 14, 15 и 16.Устройство работает следующим образом. Интерференционную картину от неподвижного луча 4 проектируют на фото 811070приемник 9, а от подвижного луча 5 с помощью зеркала 6 и линзы 7 - на фотоприемник 8.При измерении угла между интерферирующими фронтами выбирают две пары по ложений подвижного луча 13 и 14, 15 и 16, лежащих на двух взаимно перпендикулярных прямых, например, на окружности диаметром Р через 90. С помощью фотоприемника 9, блока управления 10 удержива ют интенсивность неподвижного луча 4 на уровне, равном полусумме максимальной и минимальной интенсивностей, меняя положение подвижного зеркала 3, перемещают подвижный луч 5 из точки 13 в точку 14 и 15 измеряют его интенсивность с помощью фотоприемника 8; затем перемещают луч 5 из точки 15 в точку 16 и измеряют его интенсивность.Зависимость интенсивности подвижного 20 луча от положения однозначно характеризует угол между интерферирующими фронтами при условии, что угол мал. Введем систему координат на выходе интерферометра так, чтобы ось была направлена вдоль 25 оси неподвижного луча 4. Пусть (0,01) - единичная нормаль к фронту первого луча интерферометра, (а, Ь, с) - второго, г= =0 - уравнение фронта первого луча,ах+ Ьу+ с+ а(- уравнение фронта второго луча; тогда разность фаз р по сечению пучка интерферометра имеет видср(х, у, г) = - ах+Ьу+(с - 1) +д,где а - оптическая разность хода в плечахинтерферометра.Так как угол а=)/аг+Ьг между интерферирующими фронтами мал и отличие сот единицы есть величина второго порядкамалости, то слагаемым, содержащим г,можно пренебречь, т. е.2 г.45ср(х, у) =(ах+ Ьу+д).Интенсивность неподвижного луча 41, = А, 1+сов у(001 = Аю (1+ сои ), 50л /где А 4 - амплитуда, Интенсивность подвижного луча 5 в точке (х, у)У, =А, 1+ соз, (ах+Ьу+д)где А 5 - амплитуда.С помощью блока управления, изменяя положение подвижного зеркала 3, удерживают интенсивность 14, равной Аг, т, е.удерживают оптическую разность кода а2 Ытакой, что соз - =О. При этом производ) 65 д / 2 Ыная - соз ) будет только одного знадг л )д / 2 Ы 1ка, например, соз )(О, При этихда р)условиях д=КХ+Х/4 и 15=А 5 1+ -(ах+л +Ьу). Если угол а между фронтами достаточно мал, так что 2 лХР 1, то 15 --2 2 ос=А 5 1+ - (ах+Ьу)и коэффициентыла и Ь можно найти следующим образом:Л У, (14) - У; (13)а=2 ос Агр5Ь=У 5 (15) - У; (16)2 к Агр5где У 5 (13), У 5 (14), У 5 (15), 15 (16) - суть значения интенсивности подвижного луча 5 в положениях 13 - 16 соответственно. Такой способ определения угла реализуется в узких пределах, но с помощью синхронного детектора 11 можно расширить его возможности.Пусть подвижный луч 5 описывает окружность диаметром Р, Тогдар рх = - соз щг у = - з 1 п аг2 2У,=А 1+ з 1 п(асозщг+Ьз 1 п 015) введем параметрыа: / а+ Ьа Ь)1:1Х (а 1+ГДЕ У 111 - ФУНКЦИЯ БЕССЕЛЯ ПЕРВОГО РОДа ПО- рядка т.С помощью синхронного детектора определяют амплитуду и фазу первой гармониаар ки. Амплитуда о 1 равна 2 А 5 У 4 ( ), а), фаза равна т. Функция У 1 ведет себя вблизи нуля следующим образом: в интервале- 3,83; +3,83 ее знак совпадает со знаком аргумента; в интервале- 1,84; 1,84 она монотонно зависит от аргумента; в интервале- 1; 1 с точностью 10% ее можно заменить линейным приближением У,(х) = х/2.Амплитуду и фазу первой гармоники можно использовать в системе отработки нулевого угла между фронтами при угле3,83 Л 1,84 Ла(и при а -.. Угол а можно1 СР ар811070 Составитель А. СмирновТехред И. Заболотнова Корректоры: В. Нами А, Галахов Редак едото Изд. Мо 189осударственного комитета 113035, Москва, Ж,аз 357/8 ПО Поискипография, пр. Сапунова,однозначно определить по амплитуде первой гармоники о, из зависимости о,==2 А У,), причем при а( зави 5 1 Л )жВ симость можно линеаризовать:2о, =АзЛ Направляющие косинусы а и Ь определяются из соотношений; а=аз 1 пт, Ь=асозт,Отсюда следует, что в системе автомати 3,8 ЗЛческой юстировки при а(могут быть 15кОиспользованы вместо а и Ь сигналы о,= =01 31 П т и Оь=01 СОЯт, Знаки Оа И ОЬ СОВ- падают со знаками а и Ь, в замкнутой системе авторегулирования устойчивость точки о=па=О будет обеспечена только при определенном знаке производных до,/да и доь/дЬ.Чувствительность способа оценивается при 0=30 мм; 1=0,63 мкм, модуляция интенсивности из-за неоднородности оптического тракта 2%Ьа = 0,02т 0",05.1,84 ЛхО Формул а изобретения 1. Способ измерения угла между интерферирующими фронтами по авт. св.720293, отличающийся тем, что, с целью повышения точности автоматической юстировки интерферометра, интенсивность в неподвижном луче удерживают на уровне полусуммы максимальной и минимальной интенсивностей, а величину угла определяют по изменению интенсивности подвижного луча при смещении его между точками каждой из пар точек.2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что, с целью измерения малых углов, подвижный луч перемещают по окружности, в центре которой располагают неподвижный луч, величину угла определяют, выделяя синусную и косинусную составляющие первой гармоники интенсивности подвижного луча.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции2098666, кл. 6 01 В 11/02, опублик. 14.06.72,2. Авторское свидетельство СССР720293, кл. б 01 В 9/02, 11.07.77 (прототип),Тираж 661 ПодписноеССР по делам изобретений и открытийаушская наб., д. 4/5