DE3326660A1

DE3326660A1 - Vorrichtung zur modulation optischer gangunterschiede

Info

Publication number: DE3326660A1
Application number: DE19833326660
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. DDR 6327 Ilmenau Beyer; Uwe Dipl.-Ing. DDR 6300 Ilmenau Förster; Detlef Dipl.-Ing. DDR 6000 Suhl Heydenbluth; Wilfried Dr.-Ing. DDR 6325 Ilmenau Hirschfeld; Gerd Prof.Dr.sc.techn. DDR 6325 Ilmenau Jäger; Michael Dipl.-Ing. Laubstein; Georg Dipl.-Ing. DDR 6327 Ilmenau Ranft; Walter Dipl.-Ing. DDR 6312 Langewiesen Schott
Original assignee: VEB KOMBINAT NAGEMA DDR 8045 DRESDEN; Nagema VEB
Current assignee: Rapido Waagen- und Maschinenfabrik O-8122 Ra GmbH
Priority date: 1982-11-01
Filing date: 1983-07-23
Publication date: 1984-05-03
Also published as: DE3326660C2; CH660916A5; DD211168A1

Description

Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede
Der Erfindungsgegenstand ist überall dort anwendbar, wo in interferometrischen Anordnungen Modulationen optischer Gangunterschiede notwendig sind. Dies kann bei foto elektrischer Abtastung zur Signalübertragung und aus meßtechnischen Gründen erforderlich sein. Weiterhin kann die Vorrichtung zur Ermittlung der Amplitudenfrequenzgänge fotoelektrischer Detektoren benutzt werden.
Zur Modulation optischer Gangunterschiede in bekannten interferometrischen Anordnungen, die aus einem optischen Teiler und zwei die Phase beeinflussenden Elementen, beispielsweise Dripelprismen, bestehen, können verschiedene Möglichkeiten zur Anwendung kommen. So kann eine planparallele Glasplatte in einen Strahlengang gebracht werden.
Bei Neigung der Glasplatte zum Strahlenverlauf ändert sich der Glasweg, wodurch eine Iiodulation erreicht werden kann.
Auch der reziproke piezoelektrische Effekt von Quarzkristallen kann zur l-lodulation benutzt werden.
Beide Varianten haben den Nachteil, daß bei vertretbaren geometrischen Abmessungen nur kleine Modulationsgangunterschiede erzielt werden können.
tV'Wesentlich größere Modulationsgangunterschiede erheilt man, wenn mann beispielsweise ein Tripelprisma des Interferometers in Strahlrichtung schwingen läßt. Es ist bekannt, daß dazu das Tripelprisma an einem Ende eines piezoelektrischen Biegeschwingers befestigt werden kann, während das andere Ende gestellfest angeordnet ist.
Solche Vorrichtungen sind jedoch recht störanfällig, da temperaturabhängige Verlagerungen des Tripelprismas auftreten. Außerdem werden relativ große elektrische Spannungen zum Betreiben des piezoelektrischen Biegeelementes benötigt.
Das Diel der 3rSindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Iodulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen zu schaffen, die große Modulationsgangunterschiede bei relativ kleinen elektrischen Betriebsspannungen ermöglicht, ohne daß temperaturabhängige Verlagerungen des die Phase beeinflussenden Elementes zum Beispiel des Referenztrlpelprismas, auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen zu schaffen, die mit kleinen Betriebsspannungen große Modulationsgangunterschiede erreicht und den Nachteil der temperaturabhängigen Verlagerungen des modulierenden optischen Bauelementes in bekannten Lösungen beseitigt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in eine Montageplatte, beispielsweise aus Quarz, ein oder mehrere Schlitze so eingearbeitet sind, daß in der Lontageplatte eine bewegliche Zunge vorhanden ist.
Per optische Teiler eines Interferometers wird fest, zum Beispiel durch kleben, auf der Montageplatte angeordnet, während ein die Phase beeinflussendes Element, beispielsweise ein Tripelprisma, auf der beweglichen Zunge befestigt ist. Das andere die Phase beeinflussende Element, zum Beispiel auch ein Tripelprisma, führt entweder die zu messende Bewegung aus oder ist auch fest angeordnet. Das Ende der beweglichen Zunge ist mit einem Ende eines piezoelektrischen Biegeelementes verbunden. Am anderen Ende des piezoelektrischen Biegeelementes befindet sich eine Schwingmasse.
Das piezoelektrische Biegeelement wird mit einer sinusförmigen elektrischen Spannung, deren Frequenz einer Resonanzfrequenz des mechanischen Systems entspricht, erregt.
Da im Resonanzfall gearbeitet wird, werden bei kleinen Spannungen der Güte des mechanischen Systems entsprechend große Auslenkungen des die Phase beeinflussenden Elementes erreicht. Da die Erregung nicht durch direkten Bezug zu einem Festpunkt erfolgt, ist die Nullage des die Phase beeinflussenden Elements unabhängig von der Temperatur, wenn man von den vernachlässigbaren Ausdehnungen des I,Sterials der Montageplatte absieht. Um Fehler infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beweglicher Zunge und piezoelektrischem Biegeelement zu vermeiden, muß das die Phase beeinflussende Element außerhalb der Verbindungszone beider Elemente an der beweglichen Zunge befestigt werden.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen: Figur 1: Vorderansicht der Vorrichtung Figur 2: Seitenansicht der Vorrichtung Entsprechend Figur 1 ist in eine Montageplatte 1, die aus einem I.Sterial mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, zum Beispiel Quarz, besteht, ein Schlitz so eingearbeitet, daß am Rand der Montageplatte 1 eine bewegliche Zunge 2 vorhanden ist.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist der optische Teiler 3 eines Interferometers fest mit der Montageplatte 1 verbunden, während das die Phase beeinflussende Element, das Referenztripelprisma 5, an der beweglichen Zunge 2 befestigt ist. Die Befestigung des optischen Teiler 3 und des Referenztripelprismas 5 kann beispielsweise durch kleben erfolgen. Am Ende der beweglichen Zunge 2 ist ein Ende des piezoelektrischen Biegeelementes 9 fest, zum Beispiel durch kleben, angeordnet. Das andere Ende des piezoelektrischen Biegeelementes 9 ist fest, zwn Beispiel ebenfalls durch kleben, mit der Schwingmasse 8 verbunden.
Im optischen Teiler 3, der mit parallelem und monochromatischen Licht beleuchtet wird, teilt sich das Licht in zwei gleiche Bündel auf. Die Bündel durchlaufen jeweils das ripelprisma 4 beziehungsweise das Referenztripelprisma 5, reflektieren an den Spiegeln 6 beziehungsweise 7, durchlaufen jeweils das Tripelprisma 4 beziehungsweise das Referenztripelprisma 5 noch einmal und erzeugen durch Uberlagerung eine interferenzerscheinung.
Die InterSerenzerscheinung wird mittels der fotoelektrischen Detektoren 10 abgetastet. Wird das piezoelektrische Biegeelement 9 mit einer sinusförmigen Spannung, deren Prequenz gleich einer Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Systets, bestehend aus der beweglichen Zunge 2, dem Referenztripelprisma 5, der Schwingmasse 8 und dem piezoelektrischen Biegeelement 9, ist, erregt, so wird durch die Schwingbewegung des Referenztripelprismas 5 der optische Gangunterschied moduliert. Soll die Verschiebung des Tripeiprismas 4 2gemessen werden, so registrieren die fotoelektrischen Detektoren 10 die Überlagerung von Meßgangunterschied und Xylodulationsgangunterschied.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Montageplatte 2 bewegliche Zunge 3 optischer Teiler 4 Tripelprisma 5 Referenztripelprisma 6, 7 Spiegel 8 Schwingmasse 9 Piezoelektrisches Biegeelement 10 Fotoelektrische Detektoren

Claims

Patentanspruch Vorrichtung zur I<Iodulation optischer Gangunterschiede bestehend aus einer B.5ontageplatte, einem fotoelektrischen Interferometer, einer Schwingmasse und einem piezoelektrischen Biegeelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (1), beispielsweise bestehend aus Quarz, schlitzförmige Einarbeitungen enthalt und somit eine beweglicheZunge (2) vorhanden ist, daß ein optischer Teiler (3) fest mit der Montageplatte (1) verbunden ist und am Ende der beweglichen Zunge (2) das eine Ende des piezoelektrischen Biegeelementes (9) befestigt ist und daß mit dem anderem Ende des piezoelektrischen Biegeelementes (9) die Schwingmasse (8) fest verbunden ist und weiterhin ein die Phase beeinflussendes Element, beispielsweise ein Referenztripelprisma (5), an der beweglichen Zunge (2) außerhalb des Verbindungsbereiches mit dem piezoelektrischen Biegeelement (9) fest angeordnet ist.