Устройство для измерения фазовых сдвигов лазерного излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (П) 01 В 9 51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТ АВТОРСК,8)видетельство СССР 01 В 9/02, 1976. 57) област азнавигов, озрачерногоУстванный окном ме н носи лу гермет ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ фАЗОВЫХ СДВИГОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ зобретение относится к тельной техники и предн ля измерения фазовых сд мых прозрачными и полупр бъектами на частоте лаз ния в импульсном режиме о содержит термостатиро ичный кожух 2 с входным 3 для ввода излучения лазера 4 и выходным окном 5. Внутри размещенысветоделительные устройства 6, 9,оптический затвор 7, отражающий элемент 10, Фазосдвигающее устройство11, элемент 12 совмещения световыхпучков, Фотодетектор 13, однополюсные акустооптические модуляторы 14,15, системы формирования световыхпотоков, выполненные в виде двухФокусирующих элементов 16, 17 и 18,19 соответственно, Электронная частьвключает радиочастотный фазометр20, полосовой фильтр 21 промежуточной частоты, радиочастотный смеситель 22, генераторы 23, 24 питания,делитель 25 частоты, генератор 26импульсов, фазовый детектор 28,фильтры 27, 29, управляющий элемент30, Устройствоимеет расширенныефункциональные возможности за счетизмерения Фазового сдвига лазерногоизлучения в импульсном режиме. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляизмерения фазовых сдвигов, вносимыхпрозрачными нли полупрозрачнымиобъектами на частоте лазерного излу 5чения в импульсном режиме,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей путемизмерения фазового сдвига лазерногоизлучения в импульсном режиме.На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Злементы двуплечего интерферометра размещены на основании 1, расположенном внутри термостатированногогерметичного кожуха 2, имеющего вход"ное окно 3 для ввода излучения лазера 4 и выходное окно 5 для выводанеиспользованной части лазерногоизлучения за пределы кожуха. Двухлучевой интерферометр состоит из измерительного и опорного каналов,оптически связанных с соответствующими выходами первого светоделительного устройства 6, оптический входкоторого через входное окно 3 связанс лазером 4. Световой поток в измерительном канале обозначен на чертежесплошной линией, а в опорном - пунктирной. Измерительный канал включаетв себя последовательно расположенные оптически связанные оптическийзатвор 7, исследуемый прозрачный илиполупрозрачный объект 8 и второесветоделительное устройство 9. Опорный канал включает в себя отражающий элемент 10,через фазосдвигающее устройство 11 оптически связанный с первым входом элемента 12 совмещения световых пучков. Второй оп 40тический вход элемента 12 связан спервым выходом второго светоделительного устройства 9 измерительногоканала двухлучевого интерферометра.Второй оптический выход второго светоделительного устройства 9 связанс выходным окном 5, Выход элемента12 совмещения световых пучков оптически связан с входом Фотодетектора13, В обоих каналах интерферометра, 50измерительном и опорном, симметрично размещены однополосные акустооптические модуляторы 14 и 15 соответственно с системами формированиясветовых потоков, выполненных в виде двух фокусирующих элементов каждая 16, 17 и 18, 19 соответственно,причем фокусы каждой пары совмещены в плоскости соответствующего одно- полосного акустооптического модулятора, Однополосные акустооптические модуляторы 14 и 15 установлены под углом Брэгга к световым пучкам,Злектронная часть включает в себя радиочастотный фазометр 20, первый вход которого через полосовой фильтр промежуточной частоты 21 соединен с выходом фотодетектора 13, а второй - с выходом радиочастотного смесителя 22, к входам которого подключены выходы генераторов питания однополосных акустооптических модуляторов измерительного 23 и опорного 24 каналов интерферометра. Делитель 25 частоты подключен своим входом к выходу генератора 26 импульсов, питающего оптический затвор 7, а выходом через первый фильтр 27 к первому входу фазового детектора 28, к второму входу которого подключен выход радиочастотного смесителя 22, Выход фазового детектора 28 через второй фильтр 29 соединен с входом управляющего элемента 30, выход которого подключен к частотозадающему входу генератора питания однополосного акустооптического модулятора 24 опорного канала интерферометра,Устройство работает следующим образом.Непрерывное излучение лазера 4 через входное окно 3 поступает на двухлучевой интерферометр. Первое светоделительное устройство 6 направляет небольшую часть мощности излу" чения лазера в опорный канал интерферометра. Основная часть излучения проходит в измерительном канале интерферометра через оптический затвор 7, управляемый импульсным напряжением генератора 26, где непрерывное излучение лазера преобразуется в, импульсно-модулированное, исследуемый объект 8, второе светоделительное устройство 9 и выходное окно 5 устройства. Светоделнтельное устройство 9 направляет на фокусирующий элемент 16 измерительного канала световой импульсно-модулированный поток, примерно равный потоку в опорном канале, Сфокусированные с помощью элементов 16 и 18 пучки измерительного и опорного каналов поступают на два однополосных акустооптических модулятора 14 и 15, Питание (возбуждение) однополосных акустооптических моду 1383089ляторов осуществляется напряжениемфиксированной частоты, в пределах5-80 МГц. Частота возбуждения определяется конструктивными размерамикварцевой пластины выбранного видамодулятора. Питающие напряжения генераторов 23 и 24 расстроены на частоте друг относительно друга на величину 1 = - : - = 10-100 кГц, опре 2 д деляющую значение промежуточной частоты.При прохождении через однополосные акустооптические модуляторы 14 и. 15 излучение лазера получит смещение по частоте на величину1с/А,=и отклонится на угол Брегга где с - скорость распространениясвета в вакууме,- длина волны излучения лазера в акустооптическомматериале,ЛЛ,2 в длины волн ультразвука,возникающего в результатевозбуждения соответствующих однополосных акустооптических модуляторов14 и 15,и - коэффициент преломленияакустооптического матери. ала.фокусирующие элементы 17 и 19формируют параллельные пучки, В опорном канале сформированный пучок отражается элементом 10 и проходитчерез прозрачное Фаэосдвигающее устройство 11 на элемент 12, где производится совмещение пучков импульсномодулированного лазерного излученияизмерительного канала и непрерывного лазерного излучения опорногоканала. Суммарный световой поток поступает на фотодетектор 13, на котором происходит Фотосмещение частотдвух оптических сигналов и преобразование их в электрический сигнал,Электрический сигнал с Фотодетектора поступает на фильтр 21, выделяющий из его спектра составляющую с 25 30 35 40 45 50 55 с сразностной частотой 1 = - =(-,. " г.2 У Т; 1 Так как длительность модулирующих импульсов намного меньше периода раэностной частоты Г, то выходной сигнал фотодетектора имеет вид коротких видеоимпульсов с модуляцией по амплитуде, огибающая которого повторяет колебание разностной частоты Г, Разность фаз между огибающей видеоимпульсного сигнала фотодетектора и разностной частотой генераторов 23 и 24, сформированной с помощью смесителя 22, соответствует фазовому сдвигу, вносимому измеряемым объектом 8.Систематическая погрешность измерений, вызванная разностью хода лучей в интерферометре и другими причинами, устраняется с помощью Фазосдвигающего устройства 11.Импульсный сигнал генератора 26 поступает на делитель с коэффициентом деления (ш+2), где ш - целое положительное число, ш1Из выходного сигнала делителя 25 в первом фильтре 27 выделеяется первая гармоника основной частоты и подается на первый вход Фазового детектора 28. На второй его вход подается разностная частота Г с радиочастотного смесителя 22. Частота Р генератора 26 импульсов устанавливается равной Р=Х(ш+2) . Для устранения действия дестабилизирующих факторов на генераторы 23,24,26, вызывающих уход их частоты, применена цепь автоподстройки промежуточной частоты Й по отношению к частоте выходного сигнала делителя 25. Частоты этих сигналов сравниваются по фазе в детекторе 28. Выходной сигнал фазового детектора 28, который является периодической функцией величины их расстройки, через Фильтр 29 подается на управляющий элемент 30, реактивность которого изменяется в зависимости от величины выходного напряжения фазово го детектора. Изменяемая реактивность управляющего элемента 30, подключенная к частотозадающей цепи генератора 24 опорного канала, изменяет его частоту в сторону уменьшения разности частот Е и Р/(ш+2), приложенных к входу фазового детектора. Таким образом. обеспечивается синхронизация по Фазе сигналов от генераторов 23, 24 и 26 и выполнение соотношения1383089 фазового сдвига лазерного излученияв импульсном режиме,Р сд(ш+2) Г Я Составитель И.КоноваловТехред Л,Сердюкова Редактор С,Патрушева Корректор М.Максимишкнец Тираж 680 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Заказ 1280/34 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 необходимого для трансформации фазового сдвига, вносимого объектом 8в импульсное излучение лазера,где сд - частота следования импульсов лазерного излучения, 5 - модульразности частот генераторов питанияоднополосных акустооптических модуляторов.Соотношение получено экспериментально по наименьшему значению фазовой девиации сигнала радиочастотного смесителя 22 частот генераторов23 и 24 питания.Фазовый сдвиг, вносимый объектом8, трансформируется на сигнал промежуточной частоты Й и измеряется фазометром 20 относительно опорногосигнала с радиочастотного смесителя 22.Сигналы, подаваемые на фазометр,представляют собой низкочастотныегармонические процессы. фазовыйсдвиг между которыми равен фаэовомусдвигу, вносимому объектом 8 в импульсное лазерное излучение,Введение в устройство дополнительных элементов и выполнение условиязадания частот М и Я обеспечиваетмасштабно-временное преобразованиеизмеряемого импульсного лазерногоизлучения в низкочастотный непрерывный сигнал с неизменными фазовымисоотношениями и тем самым измерение 5 Формула изобретения. Устройство для измерения фазовыхсдвигов лазерного излучения поавт,св, Ф 506755, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейпутем измерения фазового сдвига лазерного излучения в импульсном режиме, в него введены дополнительнооптический затвор, генератор импульсов, делитель частоты, управляющийэлемент, первый и второй фильтры,фазовый детектор, причем генераторимпульсов подлючен к входу делителячастоты и электрическому входу оптического затвора, выход делителя частоты через первый фильтр соединен спервым входом фазового детектора, квторому входу которого подключенвыход радиочастотного смесителя, выход фазового детектора через второйфильтр соединен с входом управляющего элемента, выход которого подключен к частотозадающему входу генера тора питания однополосного акустооптического модулятора опорного канала интерферометра, а оптическийзатвор расположен в измерительномканале интерферометра между первымсветоделительным устройством и исследуемым объектом.