Сканирующий интерферометр фабри-перо

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 А 1 О 1 .) 3/ БРЕТЕН ТВ Фиг.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬП ИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) Авторское свидетельство СССРМ 369424, кл. 0 01,3 3/26, 1967,Авторское свидетельство СССРМт 1249344, кл. 6 01 Л 3/26. 1985.(57) Изобретение относится к оптическомуспектральному приборостроению. Цельизобретения - увеличение диапазона регулирования постоянной и частоты сканирования, Цель достигается благодарязакреплению зеркал, резонатора в каждойточке с помощью двух пьезоэлементов 3,расположенных на одном радиальном направлении так, что один из них закреплен на нерабочей поверхности 6 зеркала по его периметру, второй на торцовой поверхности 7 фланца 4, Между собой они жестко скреплены посредством скобы 8, изготовленной из того же материала, что и фланцы 4. Узлы крепления фланцев 5 выполнены в виде дифференциальных винтовых механизмов, винтовая пара которых изготовлена из одного материала При этом пьезоэлементы каждой пары смещены вдоль оптической оси друг относительно друга на величину, определяемую по приведенной формуле Н=Ь ( а - а)/( а - ас ) . гдез - толщина зеркал резонатора; аа,аэ - температурные коэффициенты линейного расширения материалов скобы, узла крепления и зеркал соответственно. 2 ил, 1635014Изобретение относится к оптическомуспектральному приборостроению, в частности к интерференционным приборам с ис.пользованием эффекта многократногоотражения, предназначенным для сканирования спектра на повышенных частотах (более 500 Гц), и может быть использовано вспектрометрах различного назначения, работающих в широком диапазоне температур, при изучении быстропротекающихпроцессов,Цель изобретения - увеличение диапазона регулирования постоянной и частотысканирования.На фиг.1 приведена конструкция предлагаемого интерферометра; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1,Интерферометр содержит корпус 1,двухзеркальный резонатор 2 и пьезоэлементы 3. Корпус 1 выполнен в виде двухустановленных перпендикулярно оптической оси фланцев 4 цилиндрической формыс осевым отверстием, соединенных междусобой несколькими узлами 5, выполненными в виде дифференциальных винтовых механизмов.Двухзеркальный резонатор 2 расположен в отверстиях фланцев 4. Каждое зеркало резонатора жестко закреплено внескольких точках нэ одном из фланцев 4 спомощью пьезоэлементов 3 одинаковыхдлины и ТКЛР температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). В каждойточке крепление осуществляется с помощью двух пьезоэлементов. расположеных на одном радиальном направлении.Направлемия их механических перемещений параллельны оптической оси интерферометра, Один иэ пьезоэлементовзакреплен ма нерабочей поверхности 6 зеркала по его периметру, второй - на торцовойповерхности 7 фланца 4, Между собой онискреплены посредством скобы 8, обеспечивающей взаимное смещение пьезоэлементов вдоль оптической оси и изготовленнойиз того же материала, что и фланцы 4.Величина смещенияН=Оак -йс.(1)Такой способ крепления зеркал к фланцэм корпуса позволяет проводить сканирование ма частотах свыше 500 Гц. Узлы 5крепления выполнены в виде дифференциальных винтов и состоят иэ закрепленныхна фланцах 4 двух резьбовых гаек 9 с равным шагом резьбы, соединяющего их винта10, тэрельчэтой пружины.11, которая исключает люфт резьбовых соединений, и шайбы 12 в промежутке между фланцами,определяющей порядок постоянной интерферометра,Постоянная интерферометра такой конструкции определяется по формуле5 О 0.5в 2 тО+ нт(2)где Е - расстояние между торцовыми поверхностями флэнцев.Изменение его толщины при изменении10 температуры окружающей среды на 1 С61 /6 Т = 2 Ь ( аз - ав ) ++ 2 Н ( ас - ав ) + 1 цае, (3)гдец - толщина имтерферометра,Поэтому условием его термостабилиза 15 ции (6 ОбТ=О) является следующее соотношение между основными геометрическимиразмерами;Н:.," -",а, - а,20 ав+0,5 4 ю (4)Для интерферометров с толщиной менее 100 мкм (постоянной более 50 см ) вторым слагаемым формулы (4) можнопренебречь, При этом ее погрешность непревышает 1,Таким образом, условие термостабилиэации толщины интерферометра с большойпостоянной предложенной конструкции со 30 ответствует формуле (1), Ее анализ показывает, что, во-первых, зеркала резонатора 2,винты 10 и скобы 8 должны быть изготовлены из материалов, ТКЛР которых либо удовлетворяют неравенству ас-ав-фаз,либо35 ас(аеа. Во-вторых, точность выполненияусловия (1) термостабилизации толщины интерферометра определяется лишь разбросом ТКЛР, их зависимостью от температурыи точностью изготовления элементов его40 конструкции.Пьезоэлементы 3, разброс ТКЛР которых максимален, не влияют на условие стабилизации, так как в каждой точкекрепления зеркал 2 к фланцам число пьезо 45 элементов 3 - четное, поэтому они взаимнокомпенсируют друг друга.Температурную стабильность рассматриваемого интерферометра определяют по .вытекающей из выражения (3) формуле:50 61/6 Т = 4 (О+ Н) ба, (5) гдв ба- максимальный разброс ТКЛР в рассматриваемом диапазоне температур.При изменении толщины интерферо метра предлагаемой конструкции С помощью дифференциальных винтовых механизмов условие термостябилизации не нарушается. Это позволяет осуществлять регулировку постоянмой в широких преде 16350145 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Ед =0,5 Го =л ЕЯп/16 гп 1 М, (8) где Е - модуль Юнга материала пьезоэлемента:3 - площадь сечения пьезоэлемента;и - число точек крепления пьезоэлементов к зеркалу;в - число пьезоэлементов в каждой точке крепления;. - длина пьезоэлемента;М - приведенная масса,Приведенная масса определяется формулойМ Мз+0,5 п п 1 М+0,5 п(п 1 - 1) Мс, (9) лах. ограниченных лишь размерами винта 8 и рабочим диапазоном пружины 11, При этом погрешность д, установки толщины интерферометра определяется по формуле:о 3 и = 0,05 (51 52) 01/о 2 (6), где (Я 1 - 32) - разность шага резьбы гаек 9;01 - СВЕтОвОй диамЕтр Звркал 2; о 2 - диаметр, на котором размещены дифференциальные винтовые механизмы 5,Погрешность 00 регулировки постоянной О определяется формулойбО = 20 0 о =0.1 О (51 Я 2) о 1/д 2 (7) Большой диапазон регулирования постоянной позволяет проводить предварительную юстировку интерферометра на параллельность и установку его толщины без разборки и нарушения термостабилизации, Это, во-первых, исключает процесс подгонки размеров отдельных элементов для получения точного расстояния между зеркалами и значительно упрощает сборку интерферометра, во-вторых, делает его более универсальным, работающим в широком спектральном интервале,Интерферометр работает следующим образом. С помощью дифференциальных винтовых механизмов 5 проводят предварительную установку толщины и юстировку его на параллельность. а затем, используя пьезоэлементы 3, присоединенные к одному иэ зеркал резонатора 2, осуществляет точную юстировку. При этом сканирование производят с помощью пьезоэлементов 3, присоединенных к другому зеркалу.Жесткое присоединение зеркал непосредственно к пьезоэлементам позволяет проводить сканирование на повышенных частотах, Предельная допустимая частота сканирования Рд определяется частотой Ро собственных колебаний пьезоэлементов 3 и вычисляется по формуле где Мз, Мэ, Мс - масса зеркала, пьезоэлемента и скобы соответственно,Предложенная конструкция интерферометра позволяет проводить предварительную юстировку интерферометра на параллельность и установку его толщины без разборки и нарушения термостабилизации, Это исключает процесс подгонки размеров отдельных элементов для получ ния точного расстояния между зеркаг 1 ми и уменьшает трудоемкость изготовления зеркал резонатора, пьезоэлементов и время на сборку ингерферометра в несколько раз,Кроме того, большой диапазон регулировки постоянной, до 500 см, позволяет-1обеспечи 1 ь работоспособность интерферометра в большом спектральном интервале без его разборки, что значительно расширяет область его применения. Формула изобретения Сканирующий интерферометр ФабриПеро, содержащий корпус, выполненный в виде двух, установленных перпендикулярно к оптической оси фланцев цилиндрической формы с осевыми отверстиями, соединенных между собой узлами крепления, двухзеркальный резонатор. расположенный в отверстиях фланцев, каждое зеркало которого жестко закреплено на соответствующем фланце с помощью пьезоэлектрических элементов одинаковой длины с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования постоянной и частоты сканирования, зеркала резонатора закреплены с помощью пар пьезоэлектрических элементов, при этом элементы каждой пары расположены на одном радиальном направлении, один из них закреплен на нерабочей поверхности зеркала, другой - на внешней торцовой поверхности фланца, а между собой они соединены посредством скобы и смещены вдоль оптической оси друг относительно друга на величину Н, определяемую по формулед - 2 кОк Исгде О - толщина зеркал резонатора;гтрк,ак,юз- температурные коэффициенты линейного расширения материалов скобы, узла крепления и зеркал соответственно, а узлы крепления выполнены в виде дифференциальных винтов винтовой пары из одного материала.1635014 Ф .г Составитель Г.ВоробьеваТехред М. Моргентал Корректор В,Гирняк Редактор Л.Пчолинская Заказ 748 Тираж 336 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5