CS264838B1 - Zariadenie na merania dižky vlny optického žiarenia - Google Patents

Description

264838 2

Vynález sa týká zariadenia na meranie dlžky vlny optického žiarenia vhodného najmá naanalýzu spektier laboratorných a astronomických zdrojov optického žiarenia a kalibráciu spek-trálných prístrojov.

Doteraz sa zariadenia na meranie dlžky vlny optického žiarenia realizovali pomocoudifrakčných spektrometrov príp. optických hranolov so sériovou a paralelnou analýzou spektra,v ktorých optické žiarenie sa lomí na difrakčnej mriežke alebo optickom hranole pod uhlom,ktorý odpovedá dlžke vlny optického žiarenia. U spektrometrov so sériovou analýzou sa využívájeden fotodetektor nachádzajúci sa za výstupnou štrbinou spektrometra. Dlžka vlny sa definujepostupným natáčaním difrakčnej mriežky alebo optického hranola až dovtedy, kým optické žiare-nie danej optickej dlžky nepřejde cez výstupná Štrbinu k snímačů optického žiarenia a uhlompootočenia difrakčnej mriežky alebo optického hranola je určená meraná dlžka vlny. Nevýhodouspektrometrov so sériovou analýzou je malá rýchlosf. a nepriame určenie dlžky vlny optickéhožiarenia. U spektrometrov s paralelnou analýzou dlžky vlny optického žiarenia v obrazovejrovině spektrometra je umiesťnený snímač optického žiarenia s velkým počtorn samostatnýchsvetlocitlivých elementov, ktoré sú usporiadané v radě v smere disperzie. Dlžka vlny optic-kého žiarenia je určená pořadovým číslom svetlo.citlivého elementu snímača optického žiarenias maximálnym získaným signálom.

Nedostatkom spektrometrov s paralelnou analýzou je nedostatočná přesností daná ohraniče-ním minimálnych geometrických rozmerov samostatných svetlocitlivých elementov snímača optické-ho žiarenia. Spoločným nedostatkom difrakčných spektrometrov je malá světelnost a nízká stabi-lita porovnávacích etalónov, ktoré sú realizované mechanickými dlžkovými rozmermi konstrukci©spektrometra'. Ďalšie zariadenie na meranie dlžky vlny optického žiarenia využívá Fourierovspektrometer pozostávajúci z dvojlúčového interferometra, snímača optického žiarenia a vyhodnocovacieho zariadenia. V tomto případe je dlžka vlny optického žiarenia určená na základeinterferenčného obrazca postupné snímaného snímačom optického žiarenia a matematického vyhodnotenia. Nedostatkom Fourierovských spektrometrov je malá rýchlost merania dlžky vlny optickéhožiarenia, ktorá je spósobená postupným posúvom jedného zo zrkadiel v širokom rozsahu dlžoka ohraničená přesnost v dósledku obtiažnosti určenia jeho geometrickej dlžky posúvu.

Známe je tiež zariadenie na meranie relativných zmien dlžky vlny optického žiarenia za-ložené na principe merania změny fázy interferenčného obrazca získaného pomocou interfero-metra s konštantným rozdielom dlžky ramien, ktorá je stabilizovaná zdrojom monochromatickéhožiarenia etalónovou frekvenciou. Zariadenie neumožňuje merat absolútnu dlžku vlny optickéhožiarenia. Přesné meranie relativných zmien dlžky vlny optického žiarenia vyžaduje poznat pó-vodnú dlžku vlny optického žiarenia ku ktoréj sa vztahujú relativné změny dlžky, vlny optické-ho žiarenia.

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje zariadenie na meranie dlžky vlny optic-kého žiarenia, ktorého podstata spočívá v tom, že prvý vstup bloku zlúčenia analýzovanéhoa etalónového žiarenia je opticky spojený so zdrojom analýzovaného žiarenia a jeho druhývstup je opticky spojený s výstupom zdroja etalónového žiarenia s konštantnou frekvenciou.Výstup bloku zlúčenia analýzovaného a etalónového žiarenia je opticky spojený s prvým vstupomdvojlúčového interferometra s konštantnou diferenciou dlžky ramien, pričom jeho výstup jeopticky spojený so vstupom bloku rozdelenia analýzovaného a etalónového žiarenia, ktorého'prvý výstup je opticky spojený so vstupom fotodetektora analýzovaného žiarenia a druhý výstupje opticky spojený so vstupom fotodetektora etalónového žiarenia. Výstup fotodetektora etaló-nového žiarenia je spojený s meracím vstupom bloku merania fázy interferenčného obrazca etaló-nového žiarenia, ktorého referenčný vstup je spojený s výstupom bloku synchronizácie a výstupbloku merania fázy interferenčného obrazca etalónového žiarenia je spojený s prvým vstupomšumátora napátí, ktorého druhý vstup je spojený s výstupom bloku modulačného napátia. Výstupsumátora napátí je spojený so vstupom bloku riadenia interferometra, ktorého výstup je spojenýs druhým vstupom dvojlúčového interferometra s konštantnou diferenciou dlžky ramien. Výstupfotodetektora analýzovaného žiarenia je spojený s meracím vstupom bloku merania periody inter-ferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia, ktorého referenčný vstup je spojený 3 264838 s výstupem bloku synchronizácie. Výstup bloku merania periody interferenčného obrazea analý-zovaného optického žiarenia je spojený s prvým vstupom bloku vyhodnotenia. Druhý vstup blokuvyhodnotenia je spojený s výstupom bloku merania fázy interferenčného obrazea analýzovanéhooptického žiarenia a výstup bloku vyhodnotenia je spojený s blokom registrácie dlžky vlnyanalýzovaného optického žiarenia.

Zariadenie umožňuje určovat dlžku vlny optického žiarenia s relativnou presnosťou řádovézrovnatelnou so stabilitou kvantových etalónov frekvencie a skúmať s rýchlosťou zodpovedajúcoupoužitiu paralelných metod zdroja optického žiarenia aj s velkými uhlovými rozmermi a nízkouintenzitou optického žiarenia.

Na pripojenom výkrese je znázorněná bloková schéma zariadenia na meranie dlžky vlny optic-kého žiarenia.

Zariadenie na meranie dlžky vlny optického žiarenia pozostáva z bloku 2 zlúčenia analý-zovaného a etalónového žiarenia, ktorého prvý vstup 21 je opticky spojený so zdrojom 1_ ana-lýzovaného žiarenia a druhý vstup 22 je opticky spojený výstupom 31 zdroja 2 etalónovéhožiarenia s konštantnou frekvenciou. Výstup 23 bloku 2 zlúčenia analýzovaného a etalónovéhožiarenia je opticky spojený s prvým vstupom 41 dvojlúčového interferometra s konštantnoudiferenciou dlžky ramien, ktorého výstup 42 je opticky spojený so vstupom 81 bloku 2 rozdele-nia analýzovaného a etalónového žiarenia. Prvý výstup 82 bloku ji rozdelenia analýzovanéhoa etalónového žiarenia je opticky spojený so vstupom 101 fotodetektora 10 analýzovaného žiare-nia a druhý výstup 83 je opticky spojený so vstupom 151 fotodetektora 15 etalónového žiarenia.Výstup 152 fotodetektora 15 etalónového žiarenia je spojený s meracím vstupom 161 bloku 16merania fázy interferenčného obrazea etalónového žiarenia a jeho referenčný vstup 162 je spo-jený s výstupom 141 bloku 14 synchronizácie a výstup 163 bloku 16 merania fázy interferenčné-,ho obrazea etalónového žiarenia je spojený s prvým vstupom 61 sumátora 6 napatí. Druhý vstup62 sumátora napatí je spojený s výstupom 72 bloku T_ modulačného napStia, ktorého vstup 71je spojený s výstupom 141 bloku 14 synchronizácie. Výstup 63 sumátora 6 napatí je spojenýso vstupom 51 bloku 5 riadenia interferometra, ktorého výstup 52 je spojený s druhým vstupom43 dvojlúčového interferometra 4 s konštantnou diferenciou dlžky ramien. Výstup 102 fotode-tektora 10 analýzovaného žiarenia je spojený s meracím vstupom 111 bloku 11 merania periodyinterferenčného obrazea analýzovaného optického žiarenia a s meracím vstupom 131 bloku 13merania fázy interferenčného obrazea analýzovaného optického žiarenia, ktorého interferenčnývstup 132 je spolu s referenčným vstupom 112 bloku 11 merania periody interferenčného obrazeaanalýzovaného optického žiarenia spojený s výstupom 141 bloku 14 synchronizácie. Výstup 113 .bloku 11 merania periódy interferenčného obrazea analýzovaného'optického žiarenia je spojenýs prvým vstupom 121 bloku ‘12 vyhodnotenia a druhý vstup 122 je spojený s výstupom 133 bloku13 merania fázy interferenčného obrazea analýzovaného optického žiarenia. Výstup 123 bloku12 vyhodnotenia je spojený s blokom 9 registrácie dlžky vlny analýzovaného optického žiarenia. Lúče zo zdroja _1 analýzovaného žiarenia a zdroja 2 etalónového žiarenia s konštantnoufrekvenciou z důvodu zlúčenia ich optických dráh po zlúčení v bloku 2 zlúčenia analýzovanéhoa etalónového žiarenia vytvárajú na výstupe 42 dvojlúčového interferometra _4 s konštantnoudiferenciou dlžky ramien interferenčné obrazce. Žiarenie tvoriace interferenčné obrazce jepo rozdělení v bloku 8 rozdelenia analýzovaného a etalónového žiarenia premenené na elektric-ký signál pomocou fotodetektora 15 etalónového žiarenia. a fotodetektora 10 analýzovaného žia-renia. Z výstupu 152 fotodetektora 15 etalónového žiarenia je elektrický signál fázovo porovná-vaný so signálom z bloku 14 synchronizácie v bloku 16 merania fázy interferenčného obrazeaetalónového žiarenia. Z výstupu 163 bloku 16 merania fázy interferenčného obrazea etalónovéhožiarenia je signál úměrný diferencii fáz interferenčného etalónového obrazea a signálu z blo-ku 14 synchronizácie přivedený na prvý vstup 61 sumátora (5 nápStí, na ktorého druhý vstup62 je přivedený elektrický signál modulačného napStia z bloku 7 modulačného napStia ovládanéhoblokom 14 synchronizácie. Elektrický signál z výstupu 63 sumátora napStí ovládá cez blok 5 ria-denia dvojlúčový interferometer j4 s konštantnou diferenciou dlžky ramien takým spĎsobom, žefáza interferenčného obrazea etalónového žiarenia pri periodickéj‘zméne diferencie dlžky ramien

Claims (1)

1. 264838 4 dvojlúčového interferometra £ s konštantnou diferenciou dlžky ramien vzhladom na referenčnýsignál ostává konštantná. Frekvencia signálu z bloku 14 synchronizácie je zvolená tak, abyperioda tohoto signálu nepřevyšovala čas potřebný na meranie dlžky vlny analýzovaného žiarenia.Amplitúda signálu modulácie z bloku T_ modulačního napStia je zvolená tak, aby změna diferenciedlžky ramien dvojlúčového interferometra 4 s konštantnou diferenciou dlžky ramien riadenýchblokom 5 raidenia interferometra bola vMčšia než maximálna možná dlžka vlny analýzovanéhooptického žiarenia. Elektrický signál na výstupe 102 fotodetektora 10 analýzovaného žiareniaje privádzaný jednak na merací vstup 111 bloku 11 merania periody interferenčného obrazcaanalýzovaného optického žiarenia, na ktorého referenčný vstup 112 je privádzaný signál z blo-ku 14 synchronizácie a jednak na merací vstup 131 bloku 13 merania fázy interferenčného obraz-ca analýzovaného optického žiarenia, na ktorého referenčný vstup 132 je přivedený signálz bloku 14 synchronizácie. Meraná hodnota výstupného signálu na výstupe 113 bloku 11 meraniaperiody interferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia je úměrná hodnotě periodyinterferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia a je přivedená na prvý vstup 121bloku 12 vyhodnotenia, na ktorého druhý vstup 122 je přivedený výstupný signál z výstupu133 bloku 13 merania fázy interferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia úměrnýhodnotě fázy interferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia. Na výstupe 123 bloku12 vyhodnotenia sa získá signál zodpovedajúci dlžke vlny analýzovaného optického žiarenia,ktorý je zaznamenaný blokom 9 registra”cie dlžky vlny analýzovaného optického žiarenia. Dife-rencia dlžky ramien dvojlúčového interferometra s konštantnou diferenciou dlžky ramien jenast ivená na taký rozměr, aby nepřesnost merania periody interferenčného obrazca analýzovanéhooptického žiarenia nespósobovala chybu určenia fázy interferenčného obrazca analýzovanéhooptického žiarenia vSčšiu, než maximálny rozsah merania fázy blokom 13 merania fázy inter-ferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia. Zariadenie na meranie dlžky vlny optického žiarenia móže nájsť využitie v. metrologii,astronomii, v spektroskopii a všade tam, kde je potřebné meraf, zisfovat fyzikálny stav teliesna základe ich optického žiarenia. PREDMET VYNÁLEZU Zariadenie na meranie dlžky vlny optického žiarenia pozostávajúce z dvojlúčového inter-ferometra s konštantnou diferenciou dlžky ramien ovládaného blokom modulačného napatia, ktorýje riadený blokom synchronizácie, pričom optický výstup dvojlúčového interferometra s konš-tantnou diferenciou dlžky ramien je spojený s fotodetektorom analýzovaného žiarenia, ktoréhovýstup je spojený s metacím vstupom bloku merania fázy interferenčného obrazca analýzovanéhooptického žiarenia a jeho referenčný vstup je spojený s blokom synchronizácie a výstup blokumerania fázy interferenčného obrazca analýzovaného optického žiarenia je spojený s blokomregistrácie dlžky vlny analýzovaného optického žiarenia, vyznačujúce sa tým, že prvý vstup(21) bloku (2) zlúčenia analýzovaného a etalónového žiarenia je optický spojený so zdrojom(1) analýzovaného žiarenia a jeho druhý vstup (22) je opticky spojený s výstupom (31) zdroja(3) etalónového žiarenia s konštantnou frekvenciou, pričom výstup (23) bloku (2) zlúčeniaanalýzovaného a etalónového žiarenia je opticky spojený s prvým vstupom (41) dvojlúčovéhointerferometra (4) s konštantnou diferenciou dlžky ramien, pričom jeho výstup (42) je optickyspojený so vstupom (81) bloku (8) rozdelenia analýzovaného a etalónového žiarenia, ktoréhoprvý výstup (82) je opticky spojený so vstupom (101) fotodetektora (10) analýzového žiareniaa druhý výstup (83) je opticky spojený so vstupom (151) fotodetektora (15) etalónového žia-renia, ktorého výstup (152) je spojený s meracím vstupom (161) bloku (16) merania fázy inter-ferenčného obrazca etalónového žiarenia, ktorého referenčný vstup (162) je spojený s výstupom(141) bloku (14) synchronizácie a výstup (163) bloku (16) merania fázy interferenčného obraz-ca etalónového žiarenia je spojený s prvým vstupom (61) sumátora (6) napatí, ktorého druhývstup (62) je spojený s výstupom (72) bloku (7) modulačného napStia a výstup (63) sumátora(6) napatí je spojený so vstupom (51) bloku (5) riadenia interferometra, ktorého výstup (52)je spojený s druhým vstupom (43) dvojlúčového interferometra (4) s konštantnou diferencioudlžky ramien, pričom výstup (102) fotodetektora (10) analýzovaného žiarenia je spojený s me- 5 264838 račím vstupom (111) bloku (11) merania periody interferenčného obrazca analýzovaného optické-ho žiarenia, ktorého referenčný vstup (112) je spojený s výstupom (141) bloku (14) synchro-nizácie a výstup (113) bloku (11) merania periody interferenčného obrazca analýzovanéhooptického žiarenia je spojený s prvým vstupom (121) bloku (12) vyhodnotenia a druhý vstup(122) je spojený s výstupom (133) bloku (13) merania fázy interferenčného obrazca analýzova-ného optického žiarenia a výstup (123) bloku (12) vyhodnotenia je spojený s blokom (9) re-gistrácie dlžky vlny analýzovaného optického žiarenia. 1 výkres