Устройство для измерения линейных перемещений

)5 С О В 9 0 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ КАВ 46) 7.07,93, Бюл699232/280,01.84е целы кий коэ еркал и бри-Пер числа;ффициен терфео. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее лазери размещенные последовательно по ходу его излучения основной интерферометр Фабри-Перо,- одно иэ зеркалторого .установлено с воэможностьюремещения в направлении оптическойоси интерферометра, и фотоприемник,о т л и .ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измерения,оно снабжено первым светоделителем,установленным между.лазером и основным интерферометром фабра-Перо, .дополнительным интерферометром ФабриПеро, оптически связанным с первымсветоделителем, первой системой плоских зеркал, установленных последовательно одно за другим отражающими 80125650 поверхностями друг к другу по ходупучка, выходящего из основного интеферометра Фабри-Перо, второй системой плоских зеркал, установленных последовательно одно эа друг жающими поверхностями друг к другупо ходу пучка, выходящего из дононнтельного интерферометра Фабри-П и вторым светоделителем, оптическ связанным с первой и второй систе.ми плоских зеркал, фотопрнемник установлен по ходу пучка, выходящего и второго светоделителя, а длины 1, ос новного и Г дополнительного интер-. ферометров Фабри-Перо определяют иэ соотношений1, 0 )/аН )/Изобретение. относится к измерительной технике и может быть исполь.эовано для измерения линейных перемещений,Целью изобретения является повышение точности и чувствительности из"мерения перемещений.На чертеже дана схема устройствадля измерения линейных перемещений.Ь1 ОУстроиство содержит лазер 1, установленный эа ним первый светоделитель 2, первый интерферометр 3 ФабриПеро с подвижным зеркалом, размещенный по направлению первого пучка от15первого светоделителя, второй интерферометр 4 Фабри-Перо, расположенный по направлению второго пуМка отсветоделителя 2, плоские зеркала5 и 6, установленные эа интерферо 20метром 3, плоские зеркала 7 и 8, раэ.мещенные за интерферометром 4, вто"рой светоделитель 9, установленныйпо ходу пучков, выходящих из системзеркал 5, б и 7, 8, и фотоприемник1 О, оптически связанный с вторымсветоделителем,Устройство работает следующим образом,Излучение лазера 1 падает на свеЩтоделитель 2, разделяющий его на двапучка. Первый пучок попадает на первый интерферометр 3 Фабри-Перо, второй пучок - на второй интерферометр4 Фабри-Перо, Первый пучок, выходяиз первого интерферометра и последовательно отражаясь от зеркал 5 и б,совмещается с вторым пучком, вышедшим из второго интерферометра и последовательно отраженным зеркалами 7и 8, на светоделителе 9, Совмещен- фные на последнем первый и второй пучки, интерферируя, попадают на фотоприемник 10. Перемещение подвижногозеркала в интерферометре Э Фабри-Перо вызывает изменение интенсивности 5иитерферирующих пучков, попадающихна Фотоприемник 10, что приводит кизменению Фототока. Это является выходным сигналом устройства,КоэФфициент пропускания интерФерометра Фабри-Перо для плоскойэлектромагнитной волны, определяеий как отношение комплексных амплитуд прошедшей а ( и входящей а, волн,может быть представлен в виде Б а, 1 е"й = - -=(1 у: а,. (1-2 К сова +К") 5 Ка 1.п о, (1)- + аГс 1 ягде 1, К - энергетические коэффициен"(ы соответственно проускания и отражения каждого зеркала;Ь 4(т О,где 1 - длина интерферометра ФабриПер о,длина волны излучения лазера.Сумма Фаз коэффициентов отражениязеркал положена равной 21 т, С помощьюФормулы (1) можно получить выражениедля аппаратной функции Т устройкства, определяемой как- кв о(2)гце Ч, - интенсивность излучения лазера;АА - полная амплитуда световыхколебаний на фотоприемнике 1 О, равная сумме амплитуд а, и а пучков,прошедших через первый и второй интерферометры Фабри-Перо.,А=а, + аТ (о 9 )=1/4 Т +Т (Я) +2 Т ( 8 ) Т (8 ) сов (1)+(3)гд. Т, (;)(- =1,2) - энеРг тический коэффициент пропускания одиночного интерферометра Фабри-Перо, равньй2(К ( .)15, (6,) 1 К, 1, созо,8Ь = 4 тг Р,:л; р,= -. +р,;К, зп 8Р, = агс 81 - К; соз 3;где К;, ; - энергетические коэффициенты отражения и пропускания х-гоинтерферометра Фабри-Перо, Б, - оптический путь луча в -ом плече интерферометра Фабри-Перо, исключая оптический путь луча в соответствующеминтерферометре Фабри-Перо. При вывсде Формулы (3) светоделитель 2 и светоделитель 9 считаются одинаковыми.Будем считать, что первоначальнаянастройка оптической схемы устройства такова что Б (= Б ( т. . Присигнальном перемещении зеркала впервом интерферометре 3 Фабри"Пероне изменяется сумма Б т 2, а меняется только величина ,В, . Учитывая этои полагая К =К =К. с(2 ФТ, (У) ТЯ) -1.(8), получаем более простое выражение дпя Тт(,:,30 д"ю.а 1 а.теш.2 (7)35К в 1 п 3где,Ватсйд -"-" в -д 1 1-К соз 8Выражение (7) показывает, что влияние девиации частоты на пропускание устройства при настройке (5) определяется разностью длин первого и второ" го интерферометров Фабри-Перо. Считая, что коэффициент отражения К близок к единице и о в формулах отвечает оптимальной настройке одиночного интерферометра Фабри-Перо8 Й(1-КЯ 2 ( 1, получаем, что выэы 3Т,(8,8, ) - 1/41 Т (о)+Т (Б)+ +г т, (Ю) Т, У,) ( Р- р)3Цель изобретения достигается при настройке дополнительного интерферометра, соответствующей условию 58, =2 П И +8; 8. 2 П Ю-Ю, (5) где М - целое число, а (8/2 П)3 - дробная часть длины волны, При такой настройке рабочие точки интерферометров Фабри-Перо, входящих в устройство, расположены на противоположных склонах пика аппаратной функции оди. ночного интерферометра Фабри-Перо. В этом случаеТ(8,8, ) Т (8)(1- -Т, (8,) х 15 При настройкеустройства в соответствии с условием (5) вызываемые деви" ацией частоты изменения интенсивности оптичесКого излучения, проходящего через первый и второй интерферо-метры Фабри-Перо, имеют противоположные знаки, что позволяет взаимно компенсировать эти изменения. 25Относительное изменение (аТ Л 7) коэффициента пропускания устройства, вызванное девиацией частоты а/ при настройке (5) определяется равенством:4 Т 8 Е(1-К) здп 3( - -") -- й м Ж.Т" В, (Ь, ) (1-К соз 8) 05 4ваемое девиацией частоты лазерного излучения отноСительное изменение коэффициента пропускания устройства оказывается приблизительно в Ц2 ц С/(1-К) раэ меньше, чем у одиночного интерферометра Фабри-Перо (Я - это оптическая добротность интерферометра).Таким образом, по сравнению с известным устройством предлагаемое позволяет значительно уменьшить влия" ние шума, вызываемого нестабиль. ностью частоты лазерного излучения, на выходной сигнал и повысить точность измерения линейных перемещенииНастройка устройства, отвечающая условию (5), не является единственно возможной для достижения цели изобретения. В более общем случае может быть выбрана настройка8 о= 2 МЯ +6, Ь;, 2 П И,.-8 где ЮФ И . В этом случае рабочие точки .интерферометров Фабти-Перо лежат на противоположных склонах пиков аппаратной функции с разными значениями М. При такой настройке относительное изменение коэффициента пропускания из-за девиации частоты оказывается больше, чем при оптимальной настройке. Это может оказаться допустимым в ряде конкретных случаев в зависимости от требуемой точности.Выражение для о (1-К) / И справедливо для оптимальной рабочей точки идеального интерферометра Фабри-Перо, Для реального интерферометра с учетом конечных размеров зеркал, шероховатостей поверхности, отклонений формы волнового фронта лазерного пучка от заданной выражение дпя оптимальной гочки описывается указанным только приближенно. Поэтому может быть использовано приближенноеоозначение для о: о256505 Составитель Н ЗахаренкоТехред Л.Сердюкова Корректор лб ор М,Стрельнико аказ 28 ТиражГосударственного комипо делам иэобретений и35, Москва, Ж, Раушс офисное ета СССР крытийая наб НИИПИ иэвод нно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, ч