Интерферометр для контроля прямолинейности объекта

(51 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВ У А ВТОРСКОМУ(54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ВНЕЙНОСТИ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ ПРЯМОтвенный униова-Ленина) Из ровать тельн онени оронов,агиров лью вст азернаяск, Наука дрсиби ости хо ками п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изов етениям и отнеытиямПРИ ГКНТ СССР(56) Коронкевич В.П. иинтерферометрия, - Нов1983, с. 71 - 74,бретение позволяет контролиинейные смещения объекта отно опорного направления и отст прямолинейности объекта. обретения является повышение ельности путем увеличения раз да между интерферирующими пуч смещении углового отражателя1597528 Направляют узкий пучок света от лазера1 н угловой отражатель 2, отраженныйот него пучок с помощью зеркала 3 вводят в нелинейный умножитель, выполненный из двух цилиндрических зеркал 4,который преобразует линейные смещенияпучка на его входе в угловые на еговыходе. Пучок, прошедший нелинейныйумножитель, делят светоделителем 5двухлучевого интерферометра. В однойиэ двух ветвей интерферометра разде- .ленный пучок света пропускают черезппоскопараллельную пластину 8, которая обеспечивает изменение разностиИзобретение относится к измеритель ной технике и может быть использованодля контроля прямолинейности объекта,а также для определения линейных смещений объекта относительно опорногонаправления. 25Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличенияразности хода между интерферирующимипучками при смещении углового отражателя. 30На фиг, 1 приведена схема интерферометра; на фиг. 2 и 3 - схемы ходалучей перез нелинейный умножитель иплоскопараллельную пластину,Интерферометр содержит лазер 1, угловой отражатель 2, зеркало 3, установленное в обратном ходе от угловогоотражателя, два выпуклых цилиндрических зеркала 4, образующих оптическийнелинеиный умножитель, светодепитель405, формирующий два канала интерферометра, первый концевой отражатель 6,плс скопараллельную пластинку 8, второй концевой отражатель 7, нанесенныйна грань плоскопараллельной пластинки, и регистратор 9, установленный вобратном ходе от концевых отражателей.угловой отражатель 2 предназначен длярасположения его на контролируемомобъекте.На фиг. 1-3 обозначены: Ь ц - линейное смещение отражателя; 1). - линейное.смещение пучка света после отраженияего от углового отражателя; Ч- угловое смещение пучка света на выходеоптического нелинейного умножителя;, ) - угол преломления пучка света вйплоскопарллельной пластинке; В - радиус цилиндрического зеркала; 1, -хода между разделенными пучками, приналичии углового отклонения пучка наее входе. Переотраженные пучки отконцевых отражателей 6, 7 в обеихветвях интерферометра складывают насветоделителе 5, Результирующую интерференционную картину проектируютна регистратор 9, который обеспечивает счет количества интерференционныхполос, прошедших через его вход, ипо количеству интерференционных полоссудят о линейном смещении объектавдоль оси, перпендикулярной направлению лазерного пучка. 3 ил,наикратчайшее расстояние между выпуклыми цилиндрическими зеркалами 4; Ь, -линейное смещение пучка света на входе в нелинейный умножитель; 1 - смещение точки падения света после первого отражения от цилиндрическогозеркала; 1 э - смещение точки паденияпучка светя после отражения от второго цилиндрического зеркала; р - уголпадения пучка света на первое цилиндрическое зеркало; Ц, - угловое смещение пучка света после первого отражения;- угловое смещение пучка светапосле второго отражения п - угловое смещение пучка света после третьего отражения; 4- угловое смещениепучка света на выходе нелинейного умно-.жителя после и переотражений уугол преломления пучка в плоскопараллельной пластинке 8; А - длина светового канала беэ плоскопараллельнойпластинки; В - геометрическая длинаплоскопараллельной пластинки; С - половинное расстояние между точками входа и выхода пучка света в плоскопараллельной пластинке,Интерферометр работает следующимобразом.Направляют пучок света от лазера 1на угловой отражатель 2. Отраженныйот него пучок перехватывают зеркалом3 и посылают пучок после его отражения от зеркала 3 на цилиндрическиезеркала 4 нелинейного умножителя. Переотраэившись несколько раэ между цилиндрическими зеркалами 4 умножителя,пучокпадает на светоделитель 5, который формирует два направления излучения, каждое иэ которых являетсяодним из двух ветвей двухканальногоинтерферометра, в одной из которых пучок света проходит через плоскопараллельную пластинку 8. Расщепленные пучки света переотражают отражателями 6 и 7 и совмещают их на светоделителе 5, в результате чего пучки света интерферируют между собой, Результирующую интерференционную картину перехватывают регистратором 9, который осуществляет счет интерференционных полос, проходящих через фиксированную точку в плоскости регистратора, например щелевую диафрагму.сПри наличии линейного смещения углового отражателя 2 от оси распространения пучка света лазера 1, например, вверх на величину Ь переотраженный пучок света от отражателя 2 также смещается вверх на величину 2 Ьр 20 (на фиг. 1 показано. пунктиром), В выпуклых цилиндрических зеркалах 4 точки падения и отражения луча смещаются вправо. Наличие кривизны в выпуклых зеркалах 4 приводит к изменению угла 25 падения луча на светоделитель 5 на величину с . Пучок света при этом в канале без плоскопараллельной пластинки 8 также падает под углом Чг к отра - жателю 6 и отражается от него также 3 О под углом Ц, а в канале с плоскопараллельной пластинкой 8 отражается от отражателя 7 под углом у . При этом оптический путь Д, в канале, где установлена пластинка, увеличивается,на большую величину, чем оптический путь д г в другом канале интерферометра без нее, вследствие этого возникает изменение оптической разности хода лучей в каналах интерферометра, что приводит 40 к сдвигу интерференционных полос.Параллельное поперечное линейное смещение углового отражателя 2 на величину Ьо приводит к поперечному линейному смещению (параллельному пере 4 носу) луча на расстояние Ь, от точки, на которую падал пучок света до смещения угловоги отражателя 2 (фиг.2) при этом луч вначале отражается от первого ципиндрического зеркала под углом у Поскольку угол падения равен углу отражения, а нормаль в точке падения луча есть продолжение радиуса, то полный угол отклонения ,= 2 , причем зхп м = Ь И. Поскольку угол55 ", очень мал (ввиду того, что 11,К), то приближенное выражение для углового отклонения после первого отражения определяется зависимостью. и для последующих отражений 2 Ьг у = - + ( где Ь= Ь,+ Щили с учетом пренебрежения членамималых порядков последнее выражениеможет быть записано в виде Из данного выражения следует, что угловое смещениена выходе нелинейИного умножителя относительно параметров 1, и К зависит нелинейно от количества переотражений и. Например, при 1. = 4 К. те. значение углового отклонения растет в этом случае пропорциональна нелинейно показательной функции 10 ".Коэффициент умножения Еугловога смещения при этомс м 1, и-К = - "=2(1+ - )3К 1 = 10".сДля и = 4 находим что 1 у = 10 .При отсутствии углового смещения (О = О) оптическая разность длин свен.товых путей в каналах интерферометра определяется выражением (фиг. 3) Вио - 2 АПри длине плоскопараллельной пластинки В = иА последнее выражение можно записать в следующем ниде: л При наличии углового смещения луч света падает под углом к одному из10 1 КД 2 пгФ 5 КА(пг -1) 10 11.20 а(п -1)4 пг и отражателей интерферометра Оптическаяразность хода лучей в этом случае 11 оскольку В = и А, а созО 1 1где С = А.Е , то выражение дляоптической разности хода принимаетвид Д =2 пг А(1 + ) - 2 А(1-з 1 пгс ) ФСцгф, д1 о пгй гвРазлагая в ряд по степеням и пренебрегая малыми членами высших порядков, последнее выражение записывают в приближенном виде по-2 А(1 + - зхпг+ - з 1 п.2 В и Изменение оптической разности ходов лучей Л, и Дгсоставляет 25Как видно из этого выражения, при наличии углового смещения луча р происходит изменение разности ходов лучей в интерферометре, а вследствие этого и сдвиг интерференционных полос.Учитывая малость угла , выражение для оптической разности хода можно записать в виде Принимая во внимание выражения длязапишем при 1. = 4 В40А(пго - 1) ( 10)44 п 5 Р. При изменении оптической разностиФ 5 хода лучей Л происходит смещение интерференционных полос. Число смещенных полос К определяется выражением где 3 - длина волны излучения света,откудаД= К -Л2 Приравняв два выражения для разности хода, получают следующее равенство:( .1)2 п жо из которого величина смещения светового пучка Ь, определяется как Формула изобретенияИнтерферометр для контроля прямолинейности объекта, содержаций последовательно установленные и оптически связанные лазер и угловой отражатель, предназначенный для установки на объекте, зеркало, расположенные в обратном ходе излучения светоделитель, два концевых отражателя, интерферометр, каждый из концевых отражателей установлен в соответствующей ветви интерферометра, и регистратор излучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при смещении углового отражателя, ан снабжен двумя выпуклыми зеркалами цилиндрической формы, ориентированными друг к другу отражаюцими поверхностями и установленными между зеркалом и светоделителем так, что их центры кривизны расположены на одной прямой, проходяцей через их край, и плоскопараллельной пластинкой, установленной в одной из двух ветвей интерферометра перпендикулярно к оси лазера и соединенной стороной, противоположной лазеру, с концевым отражателем./ акт аж 49 Заказ 3039 здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 роиэводственно НИИПИ Государственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, РаушскаПодписноеям и открытиям при ГКНТ СЧСР наб., д. 4/5