DE3730257A1

DE3730257A1 - MEASURING DEVICE FOR SPECTRAL CHARACTERISTICS OF A LASER RADIATION

Info

Publication number: DE3730257A1
Application number: DE19873730257
Authority: DE
Inventors: Fedor Vladimirovic Karpusko; Aleksandr Kimovic Kulpanovic; Sergej Jurevic Volkov; Valerij Vasilevic Smirnov; Vladimir Petrovic Sidlovskij
Original assignee: INSTITUT OBSCEJ FIZIKI AKADEMII NAUK SSSR; Institut Fiziki Akademii Nauk Belorusskoi; INST OBSCEJ FIZ AKADEMII NAUK
Current assignee: INSTITUT OBSCEJ FIZIKI AKADEMII NAUK SSSR; Institut Fiziki Akademii Nauk Belorusskoi; INST OBSCEJ FIZ AKADEMII NAUK
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1987-09-09
Publication date: 1989-03-23
Also published as: GB2209210A; FR2620224B1; FR2620224A1; GB8720438D0

Abstract

The apparatus measures the wavelength of laser radiation and comprises a beam-shaping telescope 2, a beam- splitting unit 5, Fizeau interferometers with matched bases, photodetectors 9 and a data processing unit 10. The Fizeau interferometers are united in a mono-block unit 8 including two parallel plates 16, 17 and a series of wedge-shaped plates 20 mounted in the gap therebetween. The surface of the plate 17 has a mirror coating 18, and the surfaces of the wedge- shaped plates facing this plate 17 also have mirror coatings 21. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Meßgeräte für Spektralcharakteri stiken einer Laserstrahlung der im Oberbegriff des Patent anspruchs 1 angegebenen Gattung, die bevorzugt zur automa tisierten Kontrolle der Emissionswellenlänge und -linien breite von Laserquellen mit Impuls- und Dauerstrahlung von automatisierten Industrie- und Forschungs- und Entwick lungs-Laserkomplexen sowie als selbständige Kontrollmeß instrumente eingesetzt werden.The invention relates to measuring devices for spectral characteristics stiken of a laser radiation in the preamble of the patent claims 1 specified genus, which is preferred to automa controlled control of the emission wavelength and lines wide range of laser sources with pulse and continuous radiation from automated industrial and research and development laser complexes as well as independent control measurements instruments are used.

Aus der US-A-41 73 442 ist ein Meßgerät für Spektralcha rakteristiken einer Laserstrahlung bekannt, das ein Fizau- Reflexionsinterferometer (optischer Keil) mit zwei ebenen Glasplatten, einen Kollimator, der eine ebene Wellenfront der zu messenden Strahlung mit einer Apertur formiert, ei nen linearen Fotoempfänger zur Registrierung einer räumli chen Intensitätsverteilung des vom Interferometer erzeug ten Interferenzfeldes sowie Systeme zur Verarbeitung einer vom Fotoempfänger kommenden optischen Information und zur computerunterstützten Berechnung der Emissionswellenlänge enthält. Die Messung der Emissionswellenlänge mit diesem Gerät erfolgt in zwei Etappen, und zwar nach der räumli chen Periode des Interferenzbildes und nach der Lage der Interferenzmaxima, die durch den Fotoempfänger registriert werden.From US-A-41 73 442 is a measuring instrument for spectral cha characteristics of a laser radiation known that a Fizau Reflection interferometer (optical wedge) with two levels Glass plates, a collimator that has a flat wavefront forms the radiation to be measured with an aperture, ei NEN linear photo receiver for registration of a spatial Chen intensity distribution of the generated by the interferometer interference field and systems for processing a optical information coming from the photo receiver and to computer-aided calculation of the emission wavelength contains. Measuring the emission wavelength with this Device takes place in two stages, namely after the spatial Chen period of the interference pattern and according to the location of the Interference maxima registered by the photo receiver will.

Dieses Gerät hat nur eine begrenzte Meßgenauigkeit wegen der Verwendung nur eines Interferometers und ist zur Be stimmung des Strahlungsspektrums wegen der zu geringen Auflösung des Zweistrahlinterferometers ungeeignet. Außer dem müssen sehr hohe Anforderungen an die Qualität der op tischen Elemente und des Fotoempfängers erfüllt werden, weil auch geringste Abweichungen in der Homogenität der auf das Interferometer einfallenden Wellenfront und Ver zerrungen im Kanal zur fotografischen Aufzeichnung sowie die Nichtlinearität des Interferometers selbst unbedingt vermieden werden müssen. Die verhältnismäßig hohe energe tische Empfindlichkeitsschwelle des Geräts ergibt sich aus einem kleinen Reflexionskoeffizienten der als Spiegel im Fizau-Interferometer eingesetzten unbedampften Glasplatten sowie durch die notwendige sorgfältige räumliche Filterung der Eingangsstrahlung zur Erzeugung der Eingangsfront.This device has only a limited measuring accuracy because of the use of only one interferometer and is for loading mood of the radiation spectrum because of the too small Resolution of the two-beam interferometer unsuitable. Except very high demands on the quality of the op table elements and the photo receiver are met, because even the smallest deviations in the homogeneity of the wavefront incident on the interferometer and ver strains in the channel for photographic recording as well the non-linearity of the interferometer itself absolutely must be avoided. The relatively high energy The sensitivity threshold of the device results from a small reflection coefficient as a mirror in the Fizau interferometers used non-evaporated glass plates as well as the necessary careful spatial filtering of the input radiation for generating the entrance front.

Im Artikel Appl. Physics, 25, 1981, N. Konishi et. al. "High precision wavelength meter with Fabry-Perot optic" ist ein Meßgerät für Spektralanalysen einer Laserstrahlung beschrieben, das - im Strahlengang hintereinander angeord net - ein formierendes Teleskop, einen Lichtteiler zur Trennung eines durch das Teleskop formierten Strahlungs bündels in eine Reihe von Einzelbündeln, je ein Inter ferometer (beispielsweise Fizau-Interferometern) für jedes Strahlungsbündel enthält. Die verschiedenen Basen dieser Interferometer sind so aufeinander abgestimmt, daß der Dispersionsbereich des Interferometers mit größerer Basis einem glaubwürdigen Intervall zur Bestimmung der Wellen länge mit Hilfe des vorhergehenden Interferometers mit kleinerer Basis ungefähr gleich ist. Jedem Interferometer ist ein Fotoempfänger im Strahlengang nachgeordnet, die an eine Informationsverarbeitungseinheit angeschlossen sind. Die Messung erfolgt durch eine Analyse der von dem Foto empfänger aufgezeichneten Interferenzbilder. Bei diesem Gerät sind die vier Interferometer unabhängig voneinander ausgeführt und durch ein eigenes Befestigungs- und Ju stiersystem gehaltert, was die Abmessungen des Geräts we sentlich vergrößert und dessen Verstimmung im Betrieb und damit die Meßgenauigkeit und -stabilität verringert. Unter der Meßstabilität wird die Wahrscheinlichkeit der Fehler freiheit im Algorithmus zur Berechnung der Emissionswel lenlänge durch schrittweise Präzisierung unter Benutzung einer Information von Interferometern mit zunehmenden Ba sen verstanden. Die notwendige Evakuierung der Interfero meter und ihre Wärmestabilisierung (und nach Möglichkeit auch der gesamten optischen Einheit des Geräts) bereiten bei diesem Gerät erhebliche Schwierigkeiten.Appl. Physics, 25, 1981, N. Konishi et. al. "High precision wavelength meter with Fabry-Perot optic" is a measuring device for spectral analysis of laser radiation described that - arranged one behind the other in the beam path net - a forming telescope, a light splitter for Separation of radiation formed by the telescope bundles into a series of individual bundles, one inter ferometers (e.g. Fizau interferometers) for each Contains radiation beams. The different bases of this Interferometers are coordinated so that the Dispersion area of the interferometer with a larger base a credible interval to determine the waves length with the help of the previous interferometer smaller base is about the same. Any interferometer is a photo receiver downstream in the beam path, which at an information processing unit are connected. The measurement is done by analyzing the from the photo interference images recorded by the receiver. With this The four interferometers are independent of each other executed and by its own fastening and Ju bull system supported what the dimensions of the device we considerably enlarged and its upset in operation and thus reducing the measuring accuracy and stability. Under The measurement stability becomes the probability of errors Freedom in the algorithm for calculating emissions length by gradual precision using information from interferometers with increasing Ba understood. The necessary evacuation of the Interfero meters and their heat stabilization (and if possible the entire optical unit of the device) considerable difficulties with this device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät für Spektralcharakteristiken einer Laserstrahlung zu schaffen, bei dem eine gegenseitige Verstimmung der Interferometer im Betrieb vermieden wird, was die Meßgenauigkeit und -stabilität erhöht, die Abmessungen des Geräts verkleinert und die Evakuierung und Wärmestabilisierung der Interfero meter erleichtert. The invention has for its object a measuring device for To create spectral characteristics of laser radiation, where a mutual detuning of the interferometer is avoided in operation what the measurement accuracy and -stability increased, the dimensions of the device reduced and the evacuation and heat stabilization of the interfero relieved.

Diese Aufgabe wird bei dem Meßgerät für Spektralcharakte ristiken einer Laserstrahlung, das - im Strahlengang hin tereinander angeordnet - ein formierendes Teleskop, einen Lichtteiler zur Trennung eines durch das Teleskop formier ten Strahlungsbündels in eine Reihe von Einzelbündeln, eine Reihe von Fizau-Interferometern nach der Anzahl der einzelnen Strahlungsbündel, die je im Lichtstromweg des entsprechenden Einzelbündels angeordnet sind und verschie dene Basen aufweisen, die aneinander angepaßt unter der Bedingung gewählt sind, daß der Dispersionsbereich des Interferometers mit größerer Basis einem glaubwürdigen Intervall zur Bestimmung der Wellenlänge mit Hilfe des vorhergehenden Interferometers mit kleinerer Basis unge fähr gleich ist, eine Reihe von Fotoempfängern nach der Anzahl der Fizau-Interferometer, die je im Strahlengang hinter dem entsprechenden Interferometer angeordnet sind, und eine Informationsverarbeitungseinheit, deren Eingänge an die Ausgänge der Fotoempfänger angeschlossen sind, ent hält, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sämtliche Fizau-Interferometer in Form eines einheitlichen Blocks aus strahlungsdurchlässigem Werkstoff hergestellt sind, dessen Bauelemente mit Hilfe eines optischen Kontaktes miteinander verbunden sind und der zwei zueinander paral lel angeordnete Platten, die auf Abstand miteinander ver bunden sind und von denen eine als Grundplatte des Blocks dient, wobei die innere Oberfläche der zweiten Platte eine Spiegelschicht trägt, die die Funktion eines für alle Fizau-Interferometer gemeinsamen Spiegels übernimmt. Keil platten verschiedener Dicke in der Anzahl der Fizau-Inter ferometer weisen an je einer ihrer einen optischen Keil bildenden Flächen eine Spiegelschicht auf und sind auf der Grundplatte des Blocks angeordnet. Die Rippen der opti schen Keile der Keilplatten sind zueinander parallel und die Flächen mit der Spiegelschicht sind dem gemeinsamen Spiegel zugekehrt, so daß sie die Funktion der anderen Spiegel der Fizau-Interferometer erfüllen, wobei die mitt leren Dicken der Keilplatten unter der Bedingung der ge genseitigen Anpassung der Basen der Fizau-Interferometer gewählt sind.This task is performed on the spectral character measuring device risks of laser radiation, that - in the beam path arranged one behind the other - a forming telescope, one Light splitter to separate one through the telescope radiation beam into a series of individual beams, a number of Fizau interferometers according to the number of individual radiation beams, each in the luminous flux path of the corresponding individual bundle are arranged and different have bases that match each other under the Condition selected that the dispersion range of Interferometers with a larger base a credible one Interval for determining the wavelength using the previous interferometer with a smaller base is the same, a series of photo receivers after the Number of Fizau interferometers, each in the beam path are arranged behind the corresponding interferometer, and an information processing unit whose inputs are connected to the outputs of the photo receivers, ent holds, according to the invention solved in that all Fizau interferometer in the form of a uniform block are made of radiation-permeable material, whose components with the help of an optical contact are interconnected and the two are parallel to each other lel arranged plates, which ver are bound and one of which is the base plate of the block serves, the inner surface of the second plate a Mirror layer that functions as one for all Fizau interferometer common mirror takes over. Wedge plates of different thickness in the number of Fizau inter Ferometers each have an optical wedge on one of them forming surfaces on a mirror layer and are on the Base plate of the block arranged. The ribs of the opti The wedges of the wedge plates are parallel to one another and the surfaces with the mirror layer are common Mirror turned so that it can function as the other Fizau interferometer level, the mean thicknesses of the wedge plates under the condition of ge mutual adjustment of the bases of the Fizau interferometer are selected.

Es ist zweckmäßig, in einem Gerät mit Zylinderspiegeln im formierenden Teleskop den Lichtteiler mit reflektierenden Drehspiegeln in der Anzahl der Fizau-Interferometer auszu führen, die einander parallel angeordnet sind. Jeder nach folgende Spiegel ist gegenüber dem vorhergehenden Spiegel in Richtung senkrecht zur Achse des Bündels um einen zur Anzahl der Fizau-Interferometer umgekehrt proportionalen Teil des Durchmessers des Strahlungsbündels versetzt, wo durch eine Verteilung des Strahlungsbündels über das Feld gewährleistet wird, wobei die infolge der gegenseitigen Verschiebung der Drehspiegel gebildeten wirksamen Kanten zu den Erzeugenden der Zylinderflächen der Spiegel des Teleskops und den Rippen der optischen Keile der Keil platten senkrecht stehen.It is useful in a device with cylinder mirrors in the forming telescope with reflective reflectors Rotating mirrors in the number of Fizau interferometers lead, which are arranged in parallel. Everyone after following mirror is compared to the previous mirror in the direction perpendicular to the axis of the bundle by one to Number of Fizau interferometers inversely proportional Part of the diameter of the radiation beam is offset where by distributing the radiation beam over the field is guaranteed, the result of mutual Displacement of the rotating mirror formed effective edges to the generatrices of the cylindrical surfaces of the mirrors of the Telescopes and the ribs of the optical wedges of the wedge plates stand vertically.

Das erfindungsgemäße Meßgerät für Spektralanalysen einer Laserstrahlung gestattet es durch die Ausbildung der opti schen Einheit der Fizau-Interferometer als kompakter ein heitlicher Block mit einer gemeinsamen Basis - Grund platte -, einem gemeinsamen Spiegel, die Dauerstabilität von Betriebsparametern der Interferometer, wie die opti sche Länge in einem vorgegebenen Punkt, die Winkel der op tischen Keile und die Einfallswinkel der Strahlung beim Auftreffen auf das Interferometer zu erhöhen und damit einen Dauerfehler bei der Messung der Emissionswellenlänge geringer zu halten und die Betriebsstabilität des Geräts zu steigern oder mit anderen Worten die Wahrscheinlichkeit der fehlerfreien Wellenlängenmessung bei Benutzung des Al gorithmus zur Berechnung durch schrittweise Präzisierung der Wellenlänge unter Auswertung der Information von den Fizau-Interferometern mit den zunehmenden Basen zu er höhen. Die Anwendung des Lichtteilers mit Verteilung des Strahlungsbündels über das Feld in der Ausführungsform des Geräts mit dem Zylinderteleskop bietet die Möglichkeit, die Empfindlichkeitsschwelle des Meßgeräts nach der Lei stung der Dauerstrahlung oder nach der Energie der Impuls strahlung wesentlich zu erhöhen.The measuring device according to the invention for spectral analysis of laser radiation allows the formation of the optical unit of the Fizau interferometer as a compact unit with a common base - base plate -, a common mirror, the long-term stability of operating parameters of the interferometer, such as the optical length at a predetermined point, to increase the angles of the optical wedges and the angles of incidence of the radiation when they hit the interferometer, thereby keeping a permanent error in the measurement of the emission wavelength lower and increasing the operational stability of the device or, in other words, the probability of error-free Wavelength measurement when using the algorithm for calculation by incrementally specifying the wavelength while evaluating the information from the Fizau interferometers to increase with the increasing bases. The application of the light splitter with distribution of the radiation beam over the field in the embodiment of the device with the cylinder telescope offers the possibility of significantly increasing the sensitivity threshold of the measuring device after the performance of the continuous radiation or after the energy of the pulse radiation.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von konkreten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on concrete Aus leadership forms with reference to the drawing explained. Show it:

Fig. 1 schematisch ein Meßgerät für Spektral charakteristiken, Fig. 1 shows schematically a measuring device for spectral characteristics,

Fig. 2 eine Ansicht des Blocks in Pfeil richtung A in Fig. 1, Fig. 2 is a view of the block in the direction of arrow A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt III-III in Fig. 1. Fig. 3 shows a section III-III in FIG. 1.

Das dargestellte Meßgerät für Spektralcharakteristiken einer Laserstrahlung enthält - im Strahlengang hinterein ander angeordnet - eine Eintrittsblende 1, ein formieren des Teleskop 2 mit Zylinderspiegeln 3, 4, einen Lichttei ler 5 zur Trennung eines durch das Teleskop 2 geformten Strahlenbündels 6 in eine Reihe von Einzelbündeln 7 klei neren Querschnitts, eine Reihe von Fizau-Interferometern in der Anzahl der einzelnen Strahlenbündel 7, im Strahlen gang jedes Bündels 7, die in Form eines einheitlichen Blocks 8 ausgeführt sind, eine Reihe von Fotoempfängern 9 in der Anzahl der Interferometer, die jeweils hinter dem entsprechenden Interferometer angeordnet sind, und eine Informationsverarbeitungseinheit 10, deren Eingänge an die Ausgänge der Fotoempfänger 9 angeschlossen sind.The measuring device for spectral characteristics of a laser radiation shown contains - arranged one behind the other in the beam path - an entrance aperture 1 , a form of the telescope 2 with cylindrical mirrors 3 , 4 , a light divider 5 for separating a beam 6 formed by the telescope 2 into a series of individual bundles 7 smaller cross-section, a series of Fizau interferometers in the number of individual beams 7 , in the beam path of each bundle 7 , which are designed in the form of a unitary block 8 , a series of photo receivers 9 in the number of interferometers, each behind the Corresponding interferometers are arranged, and an information processing unit 10 , the inputs of which are connected to the outputs of the photo receivers 9 .

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel umfaßt die Reihe vier Bauelemente, beispielsweise vier Fotoempfänger 9, vier Fizau-Interferometer usw.In the exemplary embodiment described, the row comprises four components, for example four photo receivers 9 , four Fizau interferometers etc.

Die Zylinderspiegel 3 und 4 (Fig. 1, 3) erfüllen die Funktion eines Objektivs und eines Kollimators des Teleskops 2.The cylinder mirrors 3 and 4 ( FIGS. 1, 3) perform the function of a lens and a collimator of the telescope 2 .

Der Lichtteiler 5 umfaßt vier totalreflektierende Dreh spiegel 11, die parallel zueinander und unter einem Winkel von 45 zur optischen Achse 12 angeordnet sind, die als durch die Mitte der Apertur der Blende 1 gehende Linie de finiert wird, und gekoppelte (zusammenfallende) Brennpunk te der Zylinderspiegel 3, 4 perpendikular zu den Erzeugen den dieser Spiegel. Die wirksamen Kanten 13 der Spiegel 11 der Breite "k" sind durch Rippen 14 begrenzt, wobei die Spiegel 11 in der Weise angeordnet sind, daß ihre Rippen 14 senkrecht zu den Erzeugenden der Zylinderspiegel 3, 4 stehen und jeder nachfolgende Spiegel bezüglich des vor hergehenden in Richtung perpendikular zur Achse 12 des Bündels 6 im Strahlengang um einen zur Anzahl der Licht teilerspiegel - hier D/4 - umgekehrt proportionalen Teil des Durchmessers D eines Eingangsbündels 15 versetzt ist, wodurch das Strahlungsbündel 6 hinter dem Teleskop 2 über das Feld verteilt wird. The light splitter 5 comprises four totally reflecting rotary mirrors 11 , which are arranged parallel to one another and at an angle of 45 to the optical axis 12 , which is defined as a line passing through the center of the aperture of the diaphragm 1 , and coupled (coincident) focal points Cylinder mirror 3 , 4 perpendicular to the generation of this mirror. The effective edges 13 of the mirrors 11 of width "k" are delimited by ribs 14 , the mirrors 11 being arranged in such a way that their ribs 14 are perpendicular to the generatrix of the cylinder mirrors 3 , 4 and each subsequent mirror with respect to the one before in the direction perpendicularly to the axis 12 of the beam 6 in the beam path to a splitter mirror to the number of light - is offset inversely proportional part of the diameter D of an input beam 15 is dispersed whereby the radiation beam 6 behind the telescope 2 via the field - this D / 4.

Der einheitliche Block 8 (Fig. 1, 2) der Fizau-Interfero meter besteht aus zwei parallelen optisch ebenen Platten 16, 17, von denen die erste die Funktion der Grundplatte des Blocks 8 übernimmt und die zweite als gemeinsamer Spiegel der Interferometer wirkt, weshalb auf den Zentral teil der Innenfläche der Platte 17 eine teildurchlässige Spiegelschicht 18 aufgetragen ist. Die Platten 16 und 17 sind in einem Abstand "a" mit Hilfe von Gestellen 19 ange ordnet, während die einander zugekehrten Oberflächen der Platten 16 und 17 streng parallel sind. Auf der Grundplat te 16 sind vier Keilplatten 20 mit zwei optisch flachen Seiten in verschiedenen mittleren Abständen a ₁, a ₂, a ₃, a ₄ (siehe Fig. 2) angeordnet. Die eine Seite jeder Platte 20 dient zur Befestigung auf der Grundplatte 16 während die der Spiegelschicht 18 zugewandte Seite eine teildurchläs sige Spiegelschicht 21 trägt, die mit der Spiegelschicht 18 ein Interferometer vom Typ des optischen Keils (Fizau- Interferometer) bildet. Hierbei müssen die Rippen 22 der Keile der Fizau-Interferometer, die vereinbarte Schnitt linien der Ebenen der Spiegelschichten 18 und 21 darstel len, einander ungefähr parallel sein. Die Abmessungen der Gestelle 19 und die mittleren Abstände a ₁, a ₂, ... der Keilplatten 20 werden unter der Bedingung der gegensei tigen Anpassung der mittleren Basen h ₁, h ₂, h ₃, h ₄ der Fizau- Interferometer gewählt.The uniform block 8 ( Fig. 1, 2) of the Fizau interferometer consists of two parallel optically flat plates 16 , 17 , of which the first takes over the function of the base plate of the block 8 and the second acts as a common mirror of the interferometer, which is why a partially transparent mirror layer 18 is applied to the central part of the inner surface of the plate 17 . The plates 16 and 17 are arranged at a distance "a" with the help of racks 19 , while the facing surfaces of the plates 16 and 17 are strictly parallel. On the Grundplat te 16 four wedge plates 20 are arranged with two optically flat sides at different average distances a ₁ , a ₂ , a ₃ , a ₄ (see Fig. 2). One side of each plate 20 is used for attachment to the base plate 16 while the side facing the mirror layer 18 carries a part-permeable mirror layer 21 which forms an interferometer of the optical wedge type (Fizau interferometer) with the mirror layer 18 . Here, the ribs 22 of the wedges of the Fizau interferometer, the agreed intersection lines of the planes of the mirror layers 18 and 21 , must be approximately parallel to one another. The dimensions of the frames 19 and the average distances a ₁ , a ₂ , ... of the wedge plates 20 are selected under the condition of the mutual adjustment of the middle bases h ₁ , h ₂ , h ₃ , h _{4 of} the Fizau interferometer.

Die Gestelle 19 und Keilplatten 20 sind mit den Platten 16 und 17 über einen tiefen optischen Kontakt verbunden. Sämtliche Teile des Blocks 8 sind aus einem strahlungs durchlässigen Werkstoff - Schmelzquarz - hergestellt.The frames 19 and wedge plates 20 are connected to the plates 16 and 17 via a deep optical contact. All parts of the block 8 are made of a radiation-permeable material - prepared - fused silica.

Der Block 8 ist gegenüber dem Lichtteiler 5 derart be festigt, daß die optische Achse 12 des Strahlenbündels 6 nach dessen Reflexion von den Drehspiegeln 11 auf der Ebene der Spiegelfläche 18 und die Rippen 22 der Keile der einzelnen Interferometer auf den Rippen 14 der Drehspiegel 11 senkrecht stehen.The block 8 is against the light splitter 5 such that the optical axis 12 of the beam 6 after its reflection from the rotating mirrors 11 on the plane of the mirror surface 18 and the ribs 22 of the wedges of the individual interferometers on the ribs 14 of the rotating mirror 11 are perpendicular stand.

Die vier Fotoempfänger 9 in der Anzahl der Fizau-Inter ferometer sind lineare PZS-Silizium-Fotoempfänger. Zur Er höhung des Effekts der fotografischen Registrierung sind vor den Fotoempfängern 9 Zylinder-Fokussierlinsen 23 ange ordnet, die bei Verwendung der Fotoempfänger mit einem ausreichend großen Empfindlichkeitsbereich ausbleiben können.The four photo receivers 9 in the number of Fizau interferometers are linear PZS silicon photo receivers. To increase the effect of the photographic registration 9 cylinder focusing lenses 23 are arranged in front of the photo receivers, which can be omitted when using the photo receivers with a sufficiently large sensitivity range.

Um den Einfluß der Dispersion des Brechungsindexes, den des Drucks und der Zusammensetzung eines Gasmediums, in dem sich das Gerät befindet, auf die Meßgenauigkeit auszu schließen, ist der Block 8 in einer hermetisch abgedichte ten Kammer 24 angeordnet, die evakuiert werden kann. Die Strahlung gelangt in die Kammer 24 durch ein Fenster 25. Um die Temperatureinwirkung auf die Meßgenauigkeit und -stabilität zu eliminieren, kann die Kammer 24 wärmestabi lisiert werden. Die andere Variante der Elimination des Temperatureinflusses sind Wärmeisolierung der Kammer 24, Temperaturmessung beim Block 8 und Einführung einer Tempe raturkorrektion für die Meßergebnisse bei der Ermittlung der Emissionswellenlänge.To exclude the influence of the dispersion of the refractive index, the pressure and the composition of a gas medium in which the device is located on the measurement accuracy, the block 8 is arranged in a hermetically sealed chamber 24 , which can be evacuated. The radiation enters chamber 24 through a window 25 . In order to eliminate the influence of temperature on the measurement accuracy and stability, the chamber 24 can be heat-stabilized. The other variant of eliminating the influence of temperature are thermal insulation of the chamber 24 , temperature measurement at block 8 and introduction of a temperature correction for the measurement results when determining the emission wavelength.

Der Vergrößerungsfaktor des Teleskops 2, die Abmessung "1" der Spiegel 11 längs der Rippe 14 und die "1" gleiche Län ge der Keilplatten 20 werden unter der Bedingung der An passung der Abmessungen der Interferenzbilder in Richtung der Dispersion der Keilinterferometer an die Länge des Lichtempfindlichkeitsbereichs der Fotoempfänger 9 gewählt. Die Keilwinkel α der Interferometer werden unter den Bedingungen der Registrierung einer Sollzahl von Interferenzstreifen gewählt.The magnification factor of the telescope 2 , the dimension " 1 " of the mirror 11 along the rib 14 and the " 1 " same length of the wedge plates 20 are under the condition of adapting the dimensions of the interference images in the direction of the dispersion of the wedge interferometer to the length of the Photosensitivity range of the photo receiver 9 selected. The wedge angles α of the interferometers are selected under the conditions of registering a target number of interference fringes.

Die Einheit 10 zur Verarbeitung der optischen Information umfaßt mehrere Kanäle in der Anzahl der Fotoempfänger 9. Jeder Kanal enthält ein Steuerwerk 26, das die Funktionen der Steuerung des PZS-Fotoempfängers 9, der Videosignal erzeugung, Analog-Digital-Umwandlung und der Vorbearbei tung eines Interferogramms im Echtzeitbetrieb mit Hilfe eines eingebauten Mikroprozessors erfüllt. Die Einheit 10 umfaßt auch einen eingebauten Zentralprozessor 27, der mit den Steuerwerken 26 verbunden ist und eine Steuertastatur sowie eine Anzeigeeinheit 28 aufweist. Dieser Aufbau der Einheit 10 zur Verarbeitung der optischen Information er möglicht eine maximale Arbeitsgeschwindigkeit des Geräts.The unit 10 for processing the optical information comprises a number of channels in the number of photo receivers 9 . Each channel contains a control unit 26 , which performs the functions of controlling the PZS photo receiver 9 , video signal generation, analog-digital conversion and preparation of an interferogram in real time using a built-in microprocessor. The unit 10 also includes a built-in central processor 27 which is connected to the control units 26 and has a control keyboard and a display unit 28 . This structure of the unit 10 for processing the optical information enables a maximum operating speed of the device.

Die Arbeitsweise des dargestellten Meßgeräts für Spektral charakteristiken einer Laserstrahlung besteht in folgen dem.The operation of the spectral measuring device shown Characteristics of laser radiation consist in the following the.

Der Eingangsstrom der zu untersuchenden Strahlung trifft nach Passieren der Eintrittsblende 1 und des Zylindertele skops 2 auf den Lichtteiler 5, wo er in vier Lichtbündel 7 nach der Anzahl der verwendeten Fizau-Interferometer ge trennt wird. Die Verteilung des Bündels 6 über das Feld in dem erfindungsgemäßen Gerät ermöglicht eine hohe energeti sche Empfindlichkeit durch eine optimale Anpassung der räumlichen Form des Bündels 7 an die Größe des Foto empfindlichkeitsbereichs des Fotoempfängers 9.The input current of the radiation to be examined strikes after passing through the entrance aperture 1 and the Zylindertele scope 2 on the light splitter 5 , where it is separated into four light beams 7 according to the number of Fizau interferometers used. The distribution of the bundle 6 over the field in the device according to the invention enables high energetic sensitivity by optimally adapting the spatial shape of the bundle 7 to the size of the photosensitivity range of the photo receiver 9 .

Die Anwendung des Zylinderteleskops 2, der Zylinder-Fokus sierungslinsen 23 vor den linearen Fotoempfängern 9 sowie des Lichtteilers 5 zur Verteilung des Strahlungsbündels 6 über das Feld erlaubt es, die Empfindlichkeitsschwelle des Meßgerätes je nach der Leistung der Dauerstrahlung oder nach der Energie der Impulsstrahlung beträchtlich zu sen ken.The application of the cylinder telescope 2 , the cylinder focus sierungslinsen 23 in front of the linear photo receivers 9 and the light splitter 5 for distributing the radiation beam 6 over the field allows the sensitivity threshold of the measuring device depending on the power of the continuous radiation or the energy of the pulse radiation to considerably reduce.

Die ebene Strahlungsfront in Form eines schmalen Streifens (Bündel 7), der in Richtung der Dispersion der Fizau- Interferometer erweitert ist, fällt auf die Platte 17 nor mal zur gemeinsamen Spiegelschicht 18 auf und formiert hinter der Platte 17 ein Interferenzbild in Form schmaler Streifen gleicher Dicke, die durch die linearen Foto empfänger 9 registriert werden. Die Signale von den Foto empfängern 9 enthalten Informationen über das räumliche Interferenzbild der zu analysierenden Strahlung. Diese Informationen werden im Steuerwerk 26 verarbeitet, um die Lage der Interferenzstreifen und deren Breite zu bestim men, nach der der Prozessor 27 die Wellenlänge der Laser strahlung mit der Informationsanzeige durch die Einheit 28 errechnet.The flat radiation front in the form of a narrow strip (bundle 7 ), which is extended in the direction of the dispersion of the Fizau interferometer, normally strikes the plate 17 to form the common mirror layer 18 and forms an interference image in the form of narrow strips of the same behind the plate 17 Thickness registered by the linear photo receiver 9 . The signals from the photo receivers 9 contain information about the spatial interference image of the radiation to be analyzed. This information is processed in the control unit 26 in order to determine the position of the interference fringes and their width, after which the processor 27 calculates the wavelength of the laser radiation with the information display by the unit 28 .

Die Algorithmen zur Bestimmung der Spektralcharakteristi ken der Strahlung verwerten die Ergebnisse einer Eichung der Fizeau-Interferometer, die in der Feststellung der Parameter, ausgehend von einer Analyse von Interferenz bildern einer Strahlung mit den bekannten Spektralcharak teristiken (Bezugslinien), besteht.The algorithms for determining the spectral characteristics The radiation uses the results of a calibration the Fizeau interferometer used in the finding of the Parameters based on an analysis of interference images of radiation with the known spectral character teristics (reference lines).

Die Genauigkeit der Messung der Wellenlänge der Laser strahlung durch das erfindungsgemäße Gerät wird im wesent lichen durch die Abmessung h ₄ der Basis des letzten Inter ferometers (mit der größten Basis) bestimmt. Die Basen h ₁, h ₂, h ₃ der anderen Fizau-Interferometer werden unter der Bedingung gewählt, daß der Dispersionsbereich des Inter ferometers mit größerer Basis einem glaubwürdigen Inter vall zur Bestimmung der Wellenlänge mit Hilfe des vorher gehenden Interferometers mit kleinerer Basis (nach einem Sollpegel der Gültigkeit (ungefähr gleich ist, wobei die vorläufige Bestimmung der Wellenlänge in der Stufe der Präzisierung der Wellenlänge unter Benutzung des Interfe rometers mit der kleinsten Basis h ₁ nach dem Interferenz streifenabstand durchgeführt wird. Daraus ist ersichtlich, daß die Vergrößerung der Zahl der Fizau-Interferometer unter Beibehaltung der höchstzulässigen Meßgenauigkeit eine beträchtliche Lockerung der Anforderung an den Grad der Präzisierung der Wellenlänge in jeder Stufe der Be rechnung herbeiführen kann. Dies hat seinerseits eine Lockerung der Forderungen an die Genauigkeit der Analyse der Interferenzbilder und eine Lockerung der Forderungen an die Herstellungsgüte der optischen Elemente zur Folge.The accuracy of the measurement of the wavelength of the laser radiation by the device according to the invention is essentially determined by the dimension h _{4 of} the base of the last interferometer (with the largest base). The bases h ₁ , h ₂ , h _{3 of} the other Fizau interferometers are selected on the condition that the dispersion range of the interferometer with a larger base has a credible interval for determining the wavelength with the aid of the previous interferometer with a smaller base (after a Target level of validity (is approximately the same, whereby the preliminary determination of the wavelength in the step of specifying the wavelength is carried out using the interferometer with the smallest base h ₁ after the interference fringe spacing. From this it can be seen that the increase in the number of Fizau Interferometers while maintaining the maximum allowable measurement accuracy can bring about a considerable relaxation of the requirement for the degree of precision of the wavelength in each stage of the calculation, which in turn has a relaxation of the requirements for the accuracy of the analysis of the interference images and a relaxation of the requirements for the manufacturing quality e of the optical elements.

Im Betrieb können sich Parameter der Interferometer, wie die optische Länge in einem vorgegebenen Punkt der Keil winkel α und der Einfallswinkel der Strahlung beim Auf treffen auf das Interferometer u. a., mit der Zeit ändern, was einen Meßfehler bei der Wellenlängenmessung und eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit dessen verursachen wird, daß die Messung fehlerfrei vorgenommen ist (die Fehlerfreiheit bedeutet, daß die Ordnungen der Interfe renzmaxima bei sämtlichen Interferometern richtig ermit telt sind). Um den Fehler der Messung geringer zu halten und den Pegel ihrer Glaubwürdigkeit durch Berücksichtigung der Änderungen der genannten Parameter der Interferometer zu erhöhen, müssen bekannte Meßgeräte unter Zuhilfenahme von Bezugslinien der Laserstrahlung häufiger nachgeeicht werden. In operation, parameters of the interferometer, such as the optical length at a given point, the wedge angle α and the angle of incidence of the radiation when striking the interferometer, inter alia, change over time, which results in a measurement error in the wavelength measurement and a reduction in the probability of this will cause that the measurement is carried out without errors (the absence of errors means that the orders of the interference maxima are correctly determined for all interferometers). In order to keep the error of the measurement lower and to increase the level of its credibility by taking into account the changes in the parameters of the interferometer, known measuring devices have to be re-calibrated more frequently with the aid of reference lines of the laser radiation.

Das erfindungsgemäße Meßgerät für Spektralcharakteristiken einer Laserstrahlung, in dem sämtliche Interferometer in Form eines kompakten einheitlichen Blocks ausgebildet sind, gestattet es, eine gesteigerte Dauerstabilität der Betriebsparameter zu sichern, was seinerseits es ermög licht, eine längere Zeit ohne Neueichung des Geräts aus zukommen.The measuring device according to the invention for spectral characteristics a laser radiation in which all interferometers in Formed a compact unitary block are, allows an increased long-term stability of the Securing operating parameters, which in turn made it possible light, for a long time without recalibrating the device get.

Claims

1. Measuring device for spectral characteristics of a laser beam, which is arranged in the beam path ent:

- a forming telescope ( 2 ),
- A light splitter ( 5 ) for separating a radiation beam ( 6 ) formed by the telescope ( 2 ) into a row of individual beams ( 7 ),
- Each one in the beam path of each individual bundle ( 7 ) angeord netes Fizau interferometer, the various bases of which are selected one on the other under the condition that the dispersion range of the interferometer with a larger base has a credible interval for determining the wavelength with the aid of the previous interferometer is about the same with a smaller base,
- Each have a photo receiver ( 9 ) in the beam path of each individual bundle ( 7 ) behind the corresponding interferometer, and
a processing unit ( 10 ), the inputs of which are connected to the outputs of the photo receivers ( 9 ), characterized in that
that all Fizau interferometers are made in the form of a single block ( 8 ) made of radiation-permeable material, the components of which are connected to one another by means of an optical contact, the block ( 8 ) containing:
two plates ( 16, 17 ) which are parallel to one another and connected to one another at a distance "a" , one plate ( 16 ) serving as a base plate and the other plate ( 17 ) carrying a mirror layer ( 18 ) on the inner surface, one forms a common mirror for all Fizau interferometers, and
one wedge plate ( 20 ) of different thicknesses for each Fizau interferometer, one optical wedge surface of which carries a mirror layer ( 21 ) and which are arranged on the base plate ( 16 ) in such a way that the ribs ( 22 ) of the optical wedges are parallel to one another, the surfaces with the mirror layer ( 21 ) facing the common mirror and fulfilling the function of the other mirrors of the Fizau interferometer, the mean thicknesses of the wedge plates ( 20 ) being selected under the condition of mutual adaptation of the bases of the Fizau interferometer.

2. Apparatus according to claim 1, the forming telescope Zy has Linderspiegel, characterized in that the light divider ( 5 ) contains reflecting rotating mirrors ( 11 ) in the number of Fizau interferometers which are arranged in parallel, each successive mirror compared to the previous one in the direction perpendicular to the axis (12) of the bundle (6) by a the number of Fizau- interferometer inversely proportional part is offset of diam sers of the radiation beam (6), warrants whereby a distribution of the radiation beam (6) over the field, the effective edges ( 13 ) formed by the mutual displacement of the rotating mirrors ( 11 ) to the generatrices of the cylindrical surfaces of the mirrors ( 3 , 4 ) of the telescope ( 2 ) and the ribs ( 22 ) of the optical wedges of the wedge plates ( 20 ) perpendicular are aligned.