Измеритель длин волн

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9)1 В 90 50 Иф 44арственный чинститут ме во ССС 1983тель В 9/ ВОЛ к изм ыть исин волнзобрете можетения Цель ОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретение отнрительной технике ипользовано для измерлазерного излучения ния - повышение точности - достигает" ся за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью положения зеркал. Работа измерителя заключается в определении дробных частей порядка интерференции для всех интерферометров и последующем определении разности дробных частей для каждой пары смежных интерферометров, Иэлуче". ние после коллиматораи зеркал 2 поступает на вход сканирующих интерферометров фабри-Перо, образованных полупрозрачными зеркалами 3,5, и на их выходе регистрируется блоком фотоэлектрической регистрации, 1 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля контроля и измерения длин волнлазерного излучения.Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с нестабильностью по-.ложения зеркал интерферометров путемиспользования общего неподвижного 10зеркала,На чертеже представлена структурная схема предложенного измерителя,состоящая из двух интерферометровФабри-Перо. 5Устройство содержит оптическуюсистему, цифроаналоговую систему сканирования и модуляции зеркал интерферометров, входящих в оптическуюсистему, и блок. фотоэлектрической 20обработки информации и индикации навыходе оптической системы.В оптическую. систему входит коллиматор 1, расположенные после негоповоротные зеркала 2, неподвижные 25зеркала 5 интерферометров и общеедля двух интерферометров сканирующеезеркало 3,жестко связанное с пьезоприводом 4,Система модуляции содержит генератор 6. Цифроаналоговая система сканирования состоит из последовательно свя,занных между собой генератора 7 тактовых импульсов, реверсивного счетчика 8, преобразователя 9 код - напряжение, управляемого источника 10 питания, представляющих собой в совокупности генератор линейно изменяющегося напряжения, управляющий работой пьезопривода 4. При этом один иэ выходов генератора 7 подключен к счетчику 8, выход счетчика подключен к преобразователю 9, выход преобразователя 9 подключен к источнику 10 питания, выход источника 10 питания подключен к пьеэоприводу 4. Генера-. тор 6, подключен к пьезоприводу 4.Блок фотоэлектрической обработки50информации и индикации состоит изгенератора б, фотоприемников 11(12),расположенных на выходе интерферомет-ров (здесь и далее позиции, помещенные в скобках, относятся к ветви,включающей второй интерферометр),усилителей 3(14), детекторов 5(16),формирователей 17(18), схем 19(20) управления, счетчиков 21(23)импульсов дробной и счетчиков 22(24) целой, части полосы, генераторов 25(26) команд, дешифраторов 27(28), трансляторов 29(30)-и арифметического блока 31. При этом выходы фотоприемников 11(12) и генераторов 6 подключены к усилителям 13(14), выходы усилителей подключены к детекторам 15(16), выходы детекторов подключены к формирователям 17(18), выходы формирователей подключены к схемам 19(20) управления, выходы схем управления подключены к. счетчикам 21( 23) импульсов дробной и счетчиками 22(24) целой части полосы. Вторые выходы схем 19(20) управления подключены к генераторам 25(26) команд, выходы генераторов команд подключены к трансляторам 29(30), к другим входам которых подключены дешифраторы 27(28). Выходы счетчиков 21(23) и 22(24) подключены к входам дешифраторов 27(28). Выходы трансляторов 29(30) подключены к входам арифметического блока 31. Второй выход генератора 7 подключен к входам счетчиков 21(23) и 22(24).Работа устройства заключается в определении дробных частей порядка интерференции для всех интерферометров и последующем определении разности дробных частей для каждой пары из двух смежных интерферометров, Полученные таким образом дробные части порядка соответствуют совершенно определенным отрезкам - расстоянием между плоскостями, в которых находятся неподвижные зеркала интерферометров (отрезку 1 для первой пары интерферометров). Расстояние между плоскостями для каждой последующей пары интерферометров определяется погрешностью аЛ, определения длины волны при использовании предыдущей пары интерферометров по формулеяа24-3. (Порядок интерференции К+ Ксвязан с длиной 1 интерферометра типа ФабриПеро равенством=К+К, (1), (1) где Я - длина волны излучения.Из выраженияследует, что изменение длины волны Я на +дЯ приво 1441189дит к изменению порядка интерференции на(2)Чтобы изменение порядка при этом не5превьппало единицу, длина интерферометра должна удовлетворять условиюсд2 вЯСледовательно, если измеряемаядлина волны Явр, известна предварительно с погрешностью + Я, то дляинтерферометра с известной длиной 1,удовлетворяющей неравенству (3), из 15равенства(4) можно найти целую часть Х порядка1 интерференции для измеряемой длины 20 волны. В равенстве (4) 6 - измерен.ная дробная часть порядка интерференции в линейной мере, Б =Л/2. Если бы Лрбыло точным значением определяе 252(1-Я) .мой длины волны, ныреженнепРедв было бы целым числом 1 (с точностью до неопределенности значения Й и длины 1), однако за счет погрешности ,ВРедв в указанном соотношении появляется дробная часть Я . Отбросив (для выделения целой Части 1) дробную часть р в выражении (4). появившуюся за счет погрешности предварительного значенияйреад из соотНошЕнИя352(1-Е)=Ю 1 он й (5) можно найти уточненное значение длины волны Р. Те же самые операции 4 выполняются для второго, третьего и т,д. интерферометров, причем предварительным значением длины волны для каждого интерферометра служит уточненное значение длины волны, по-, 45 лученное для предыдущего интерферометра. Отношение (3) верно и при паре интерферометров с разностью длин 1, тогда1+= -у- = =(1+4)-(1,+с);)- 5021 2(1 - )=Ь,-,)+(К- )Соотношение (1) в этом случае определяет порядок интерференции К+ 4 дляразности длин 1 двух интерферометров, соотношение (3) - допустимую разность55 в длинах интерферометров на каждом этапе, .а соотношения (4) и (5) служат для уточнения значения длины волны по разностям наблюдаемых (измеренных) дробных частей порядков интерференции с: = о - с;, для двух интерферометров с известной разностью длин 1=1 -1Устройство работает следующим образом.Контролируемое излучение после коллиматора 1 и зеркал 2 поступает на вход двух сканирующих интерферометров фабри-Перо, образованных полупрозрачными зеркалами 3,5, и на их выходе регистрируется блоком фотоэлектрической регистрации, Модуляция и сканирование разности хода в интер,ферометрах осуществляется путем подачи модулирующего синусоидального . напряжения от генератора 6 и линейно изменяющегося напряжения от генератора 7 на пьезопривод 4. Для формирования линейно изменяющегося напряжения тактовые импульсы подаются на реверсивный счетчик 8 и преобразователь 9 код-напряжение, где происходит ,формирование кода напряжения. На выходе счетчика код-напряжения считывается преобразователем, который формирует ступенчатое пилообразное напряжение треугольной формы таким образом, что определенному приращению напряжения на его выходе соответствует один импульс от генератора 7. Количество ступенек по обоим фронтам пилы одинаково и равно количеству импульсов, поступающих на вход счетчика 8 за один полупериод сканирования разности хода, Мерой сдвига зеркала, соответствующего интервалу между двумя максимумами в интерференционной картине, является количество импульсов, уложившихся между этими максимумами. Для этого тактовые импульсы от . генератора 7 пересчитываются счетчиками 21-24. Заполнение счетчиков 21 и 23 происходит в промежутке времени от начала сканирования до появления первых максимумов в каждом из интерферометров соответственно; их показания соответствуют дробным частям порядка интерференции для каждого из интерферометров. В промежутке времени между первым и ,вторым максимумами интерферометров происходит заполнение счетчиков 22 и 24, а их показания соответствуют числу импульсов, укладывающихся в одном порядке интерференции. Аналогично работают другие ветви устройства.1441189 ции представляющие собойразности дробных частей,полученных для смежных интерферометров;- количество импульсов междудвумя соседними максиму 2(1,- )1 с2(+К,)+0,5=1 + с(г(с ( 1);г(х -к)гфггде 1 - расстояние между плоскостями, в которых находятсяотражающие поверхностинеподвижных зеркал интерферометров;б,г - соответствующие им дробныечасти порядка интерференСоставитель В. ЧулковРедактор М, Келемеш Техред М.Ходанич Корректор М. Цароши Заказ 6275/42 Тираж 680 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская каб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Распределение импульсов между счетчиками осуществляется схемами управления при.условии, что на входе действует оптическое излучение, Момент прохождения через максимум полосы пропускания аппаратной функции интерферометров определяется путем дифференцирования сигнала по первой производной на частоте модуляции сигнала, Для этого с выходов синхронных детекторов 15, 16 сигналы первой производной аппаратной функции поступают на формирователи 17, 18, которые в момент перехода через нуль формируют короткие импульсы, запускающие схемы 19, 20 управления, которые управляют работой счетчиков 21, 22 и 23, 24 соответственно, Содержимое счетчиков через дешифраторы 27, 28 посредством трансляторов 29, 30 переписывается в память арифметического блока 31, Последовательность перезаписи определяется генераторами 25, 26 команд, которые запускаются от схем 19, 20 управления.Для нахождения значения. длины волны решаются уравнения:- -/:.Ы-+О,: +К,с 1); мами,Решение указанных уравнений изме 10 рения осуществляется по программе,составленной для блока 31, и происходит автоматически по командам отгенераторов 25, 26, На индикаторномтабло блока 31 в цифровом виде выда 15 ется значение искомой длины волнь(,Структурная схема других ветвейустройства аналогична схеме первойветви. Формула изобретения20 Измеритель длин волк, содержащийп сканирующих интерферометров ФабриПеро, и. цифроаналоговых систем сканирования и модуляции зеркала и и блоков Фотоэлектрической индикации, каждый из которых связан с выходом соответствующего интерферометра, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, подвижноезеркало и узел сканирования выполненыобщими для всех интерферометров, неподвижные зеркала кинематически связаны между собой, а отражающие поверхности расположены в плоскостях, разнесенных на расстоянияя3.2 аЯ,где А - нижняя граница рабочей области спектра измерителя длин 40волн;- погрешность определения длиныволны при использовании -гоинтерферометра.