RU133283U1 - ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER - Google Patents

ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER Download PDF

Info

Publication number
RU133283U1
RU133283U1 RU2013117028/28U RU2013117028U RU133283U1 RU 133283 U1 RU133283 U1 RU 133283U1 RU 2013117028/28 U RU2013117028/28 U RU 2013117028/28U RU 2013117028 U RU2013117028 U RU 2013117028U RU 133283 U1 RU133283 U1 RU 133283U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wave
beam splitter
radiation
photorefractive crystal
right angles
Prior art date
Application number
RU2013117028/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Кульчин
Роман Владимирович Ромашко
Тимофей Ефимов
Мария Асалханова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2013117028/28U priority Critical patent/RU133283U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU133283U1 publication Critical patent/RU133283U1/en

Links

Images

Abstract

1. Регистратор малых перемещений, состоящий из источника излучения когерентной световой волны, зеркала, установленного после источника излучения и направляющего излучение под прямым углом в светоделитель, разделяющий излучение на опорную и объектную волны, плеч прохождения опорной и объектной волн, фоторефрактивного кристалла и фотоприемника, при этом опорное плечо включает последовательно установленные после светоделителя фазовую четвертьволновую пластинку, систему зеркал, направляющих опорную волну под прямым углом к объектной волне, вторую фокусирующую линзу, объектная ветвь - фокусирующий элемент, установленный перед исследуемым объектом, светоделитель, первую фокусирующую линзу, при этом опорная и объектная волны направлены в фоторефрактивный кристалл под прямым углом друг к другу вдоль осей фоторефрактивного кристалла [010] и [100].2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фоторефрактивного кристалла используют кристалл теллурида кадмия.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника световой когерентной волны используют непрерывный твердотельный инфракрасный лазер.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве светоделителя используют светоделительную пластину, делящую излучение на два пучка в равном соотношении.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фокусирующего элемента используют объектив.1. A small displacement recorder, consisting of a coherent light wave radiation source, a mirror installed after the radiation source and directing the radiation at right angles to a beam splitter that divides the radiation into the reference and object waves, the transmission arms of the reference and object waves, a photorefractive crystal and a photodetector, this supporting arm includes a quarter-wave plate phase sequentially installed after the beam splitter, a system of mirrors directing the reference wave at right angles to the object wave the second focusing lens, the object branch — the focusing element mounted in front of the object under study, a beam splitter, the first focusing lens, while the reference and object waves are directed into the photorefractive crystal at right angles to each other along the axes of the photorefractive crystal [010] and [100] .2. The device according to claim 1, characterized in that a cadmium telluride crystal is used as a photorefractive crystal. The device according to claim 1, characterized in that a continuous solid-state infrared laser is used as a source of light coherent wave. The device according to claim 1, characterized in that a beam splitter plate is used as a beam splitter, dividing the radiation into two beams in equal proportions. The device according to claim 1, characterized in that a lens is used as the focusing element.

Description

Полезная модель относится к оптоэлектронике и может быть использована в производстве электроники и в метрологии для бесконтактного измерения малых линейных перемещений.The utility model relates to optoelectronics and can be used in the manufacture of electronics and in metrology for non-contact measurement of small linear displacements.

Известно устройство для измерения малых перемещений, которое построено на основе интерферометра Майкельсона (Harry A. Deferrariand Frank A. Andrews. Laser Interferometric Technique for Measuring Small-Order Vibration Displacements // The journal of the Acoustical Society of America. - 1966. - Vol.39(5). - P.979-980). Излучение непрерывного лазера с помощью светоделителя делится на две световые волны: объектную и опорную. Опорная световая волна светоделителем направляется на зеркало. Объектный пучок направляется на отражающую поверхность исследуемого объекта, перемещения которого подлежат измерению. Отражаясь от поверхности исследуемого объекта, объектный луч направляется в светоделитель, где происходит объединение с опорным пучком. Далее пучки попадают на рассеивающую линзу и через аттенюатор и диафрагму направляются в фотоприемник. С фотоприемника сигнал проходит через узкополосный фильтр и далее обрабатывается на осциллографе.A device for measuring small displacements is known, which is based on a Michelson interferometer (Harry A. Deferrariand Frank A. Andrews. Laser Interferometric Technique for Measuring Small-Order Vibration Displacements // The journal of the Acoustical Society of America. - 1966. - Vol. 39 (5) .- P.979-980). The radiation from a cw laser using a beam splitter is divided into two light waves: object and reference. The reference light wave is directed by a beam splitter to the mirror. The object beam is directed onto the reflective surface of the object under study, the movements of which are to be measured. Reflecting from the surface of the object under study, the object beam is directed to the beam splitter, where it combines with the reference beam. Then the beams fall on the scattering lens and are sent through the attenuator and diaphragm to the photodetector. From the photodetector, the signal passes through a narrow-band filter and is then processed on an oscilloscope.

К недостаткам аналога следует отнести:The disadvantages of the analogue include:

- устройство не может регистрировать перемещения объектов с размерами менее 0,5 мм;- the device cannot register the movement of objects with dimensions less than 0.5 mm;

- регистрируемая амплитуда смещения отражающей пластины ограничивается используемым узкополосным фильтром.- the recorded amplitude of the displacement of the reflecting plate is limited to the used narrow-band filter.

Известно также устройство для измерения малых линейных перемещений на основе интерферометра Тваймана- Грина (F.Garol, P.C. Logofatu, D. Apostol, С. Udreaand P. Schiopu, Interferometric vibration displacement measurement, Romanian Reports in Physics, Vol.62, No. 3, P. 671-677, 2010). Устройство содержит источник когерентного светового излучения, расширитель излучения, коллиматорную линзу, светоделитель, разделяющий излучение на опорную и объектную волны, на пути опорной волны установлено зеркало, а на пути объектной - исследуемый объект, и фотоприемник. Опорная волна после светоделителя попадает на зеркало, отражается от него и через светоделитель попадает в фотоприемник. Объектная волна после светоделителя попадает на исследуемый объект, отражается от него и попадает обратно в светоделитель. Интерференционный сигнал, полученный при взаимодействии опорной и объектной волн в светоделителе, попадает в фотоприемник.A device is also known for measuring small linear displacements based on the Twyman-Green interferometer (F. Garol, PC Logofatu, D. Apostol, C. Udreaand P. Schiopu, Interferometric vibration displacement measurement, Romanian Reports in Physics, Vol. 62, No. 3 , P. 671-677, 2010). The device contains a source of coherent light radiation, a radiation expander, a collimator lens, a beam splitter separating the radiation into a reference wave and an object wave, a mirror is installed in the path of the reference wave, and an object under study is equipped with a photodetector. The reference wave after the beam splitter hits the mirror, is reflected from it and through the beam splitter enters the photodetector. After the beam splitter, the object wave hits the object under study, is reflected from it and falls back into the beam splitter. The interference signal obtained by the interaction of the reference and object waves in the beam splitter enters the photodetector.

Данное техническое решение по своему функциональному назначению и по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.This technical solution for its functional purpose and for its technical nature is the closest to the claimed and taken as a prototype.

К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:

- низкая стабильность интерферометра;- low stability of the interferometer;

- повышенный шум;- increased noise;

- для проведения измерений требуется виброизоляция- vibration measurements required

Задачей настоящей полезной модели является создание регистратора малых перемещений, устойчивого к внешним шумам и позволяющего измерить малые перемещения (от десятых долей нм до мкм) объектов, в том числе характерные размеры которых меньше размера объектного лазерного пучка интерферометра в месте максимальной фокусировки или меньше длины волны излучения (наноразмерные объекты).The objective of this utility model is to create a small displacement recorder that is resistant to external noise and allows you to measure small displacements (from tenths of a nanometer to a micron) of objects, including characteristic dimensions that are less than the size of the object laser beam of the interferometer at the maximum focus or less than the radiation wavelength (nanoscale objects).

Поставленная задача решается тем, что регистратор содержит источник излучения когерентной световой волны, светоделитель, разделяющий излучение на опорную и объектную волны, плечи прохождения объектной и опорной волн, зеркало, установленное после источника излучения и направляющее излучение под прямым углом в светоделитель, фоторефрактивный кристалл и фотоприемник, при этом плечо прохождения опорной волны включает последовательно установленные после светоделителя фазовую четвертьволновую пластинку, систему зеркал, направляющих опорную волну под прямым углом к объектной волне, первую фокусирующую линзу и фоторефрактивный кристалл, плечо прохождения объектной волны - фокусирующий элемент, установленный перед исследуемым объектом, светоделитель, вторая фокусирующая линза и фоторефрактиный кристалл, при этом опорная и объектная волны направлены в фоторефрактивный кристалл под прямым углом друг к другу вдоль осей фоторефрактивного кристалла [010] и [100].The problem is solved in that the recorder contains a coherent light wave radiation source, a beam splitter separating the radiation into the reference and object waves, the transmission arms of the object and reference waves, a mirror installed after the radiation source and directing the radiation at right angles to the beam splitter, a photorefractive crystal and a photodetector wherein the shoulder of the passage of the reference wave includes sequentially installed after the beam splitter phase quarter-wave plate, a system of mirrors guiding the a wave at a right angle to the object wave, the first focusing lens and a photorefractive crystal, the shoulder of the passage of an object wave is a focusing element mounted in front of the object under study, a beam splitter, a second focusing lens and a photorefractive crystal, while the reference and object waves are directed into the photorefractive crystal under a direct angle to each other along the axes of the photorefractive crystal [010] and [100].

Отраженная от исследуемого объекта объектная волна проходит через фокусирующий элемент, светоделитель и фокусирующую линзу в фоторефрактивный кристалл, который используется для демодуляции фазы волны, отраженной от объекта. Преобразованная волна, выходящая из фоторефрактивного кристалла, попадает в фотоприемник.The object wave reflected from the object under study passes through a focusing element, a beam splitter, and a focusing lens into a photorefractive crystal, which is used to demodulate the phase of the wave reflected from the object. The transformed wave emerging from the photorefractive crystal enters the photodetector.

В качестве источника излучения когерентной световой волны используют, например, непрерывный твердотельный лазер.As a radiation source of a coherent light wave, for example, a cw solid state laser is used.

В качестве фоторефрактивного кристалла можно использовать, например, кристалл теллурида кадмия.As a photorefractive crystal, for example, a cadmium telluride crystal can be used.

В качестве светоделителя, возможно использовать, например, светоделительную пластину, делящую излучение на два пучка в равном соотношении.As a beam splitter, it is possible to use, for example, a beam splitter plate dividing the radiation into two beams in equal proportions.

В качестве фокусирующего элемента можно использовать, например, любую систему линз.As the focusing element, you can use, for example, any lens system.

В заявленном регистраторе малых перемещений общими признаками с прототипом являются:In the claimed registrar of small movements, the common features with the prototype are:

- источник излучения когерентной световой волны;- radiation source of a coherent light wave;

- светоделитель, разделяющий когерентную световую волну на опорную и объектную;- a beam splitter separating the coherent light wave into a reference and an object wave;

- объектная волна от светоделителя направлена на исследуемый объект;- the object wave from the beam splitter is directed to the object under study;

- опорная волна направлена под прямым углом к объектной световой волне.- the reference wave is directed at right angles to the object light wave.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что первое имеет в отличие от прототипа следующие существенные признаки:A comparative analysis of the proposed technical solution and prototype shows that the first has, in contrast to the prototype, the following essential features:

- зеркало, установленное после источника излучения когерентной световой волны и направляющее волну под прямым углом в светоделитель,- a mirror installed after the radiation source of the coherent light wave and directing the wave at right angles to the beam splitter,

- система зеркал, направляющих опорную волну под прямым углом к объектной световой волне;- a system of mirrors directing the reference wave at right angles to the object light wave;

- фазовая четвертьволновая пластина;- phase quarter-wave plate;

- фоторефрактивный кристалл;- photorefractive crystal;

- опорная волна после светоделителя пропускается через фазовую четвертьволновую пластинку и направляется через систему зеркал, фокусирующую линзу на фоторефрактивный кристалл;- the reference wave after the beam splitter passes through the phase quarter-wave plate and is directed through a system of mirrors focusing the lens on the photorefractive crystal;

- отраженная от объекта объектная волна через фокусирующий элемент, светоделитель, фоторефрактивный кристалл направляется на фотоприемник;- the object wave reflected from the object through the focusing element, the beam splitter, the photorefractive crystal is sent to the photodetector;

- фоторефрактивный кристалл установлен в месте пересечения опорной и объектной волн;- a photorefractive crystal is installed at the intersection of the reference and object waves;

- опорная и объектная волны направлены в фоторефрактивный кристалл под прямым углом друг к другу вдоль осей фоторефрактивного кристалла [010] и [100].- the reference and object waves are directed into the photorefractive crystal at right angles to each other along the axes of the photorefractive crystal [010] and [100].

Сущность технического решения поясняется чертежом (Фиг.), на котором представлена схема устройства для измерения малых перемещений объектов, где обозначены: 1 - объект; 2 - фокусирующий элемент; 3 - непрерывный лазер; 4 - зеркало; 5- светоделитель; 6 - объектная волна; 7 - опорная волна; 8 - первая фокусирующая линза; 9 - четвертьволновая пластина; 10 - зеркало; 11 - зеркало; 12 - вторая фокусирующая линза; 13 - фоторефрактивный кристалл; 14 - фотоприемник.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing (Fig.), Which shows a diagram of a device for measuring small movements of objects, where are indicated: 1 - object; 2 - focusing element; 3 - cw laser; 4 - a mirror; 5 - beam splitter; 6 - object wave; 7 - reference wave; 8 - the first focusing lens; 9 - a quarter-wave plate; 10 - a mirror; 11 - a mirror; 12 - the second focusing lens; 13 - photorefractive crystal; 14 - photodetector.

Устройство включает; источник излучения 3, зеркало 4, направляющее излучение на светоделитель 5. Светоделитель 5 разделяет излучение на две волны: объектную 6 и опорную 7, которые далее движутся по соответствующим оптическим плечам. Объектная волна 6 через фокусирующий элемент 2 попадает на объект 1, отражается от него и через фокусирующий элемент 2, светоделитель 5, первую фокусирующую линзу 8 попадает в фоторефрактивный кристалл (ФРК) 13. На выходе из кристалла объектная волна 6 попадает в фотоприемник 14. Опорная волна проходит через четвертьволновую пластину 9, отражается от системы зеркал 10 и 11, проходит через вторую фокусирующую линзу 12 и попадает в фоторефрактивный кристалл 13. Элементы 3-13 в совокупности представляют собой адаптивный голографический интерферометр.The device includes; a radiation source 3, a mirror 4, directing the radiation to the beam splitter 5. The beam splitter 5 divides the radiation into two waves: object 6 and reference 7, which then move along the corresponding optical shoulders. The object wave 6 through the focusing element 2 hits the object 1, is reflected from it and through the focusing element 2, the beam splitter 5, the first focusing lens 8 enters the photorefractive crystal (PRK) 13. At the exit from the crystal, the object wave 6 enters the photodetector 14. Reference the wave passes through the quarter-wave plate 9, is reflected from the system of mirrors 10 and 11, passes through the second focusing lens 12, and enters the photorefractive crystal 13. Elements 3-13 collectively represent an adaptive holographic interferometer.

Устройство для измерения малых перемещений объектов работает следующим образом. Объекты 1, перемещения которых подлежат регистрирации, помещаются в фокальную плоскость фокусирующего элемента 2. Отраженная от объекта 1 объектная волна 6, вследствие малых перемещений объекта, модулирована по фазе. Преобразование изменений фазы объектной волны в изменение интенсивности происходит за счет взаимодействия опорной и объектной волн в фоторефрактивном кристалле (ФРК) 13. Изменение интенсивности объектной волны 6 на выходе из фоторефрактивного кристалла 13 регистрируется фотоприемником 14. Из сигнала, регистрируемого фотоприемником, определяется величина и скорость.A device for measuring small displacements of objects works as follows. Objects 1, the movements of which are subject to registration, are placed in the focal plane of the focusing element 2. Object wave 6 reflected from object 1, due to small movements of the object, is modulated in phase. The change in the phase of the object wave to the change in intensity occurs due to the interaction of the reference and object waves in the photorefractive crystal (PRF) 13. The change in the intensity of the object wave 6 at the output of the photorefractive crystal 13 is detected by the photodetector 14. The magnitude and speed are determined from the signal recorded by the photodetector.

Голографический принцип объединения волн в ФРК позволяет обеспечить точное согласование произвольных фронтов опорной и объектной световых волн, а адаптивные свойства динамической голограммы обеспечивают стабилизацию рабочей точки интерферометра в области его максимальной чувствительности (квадратурные условия) под воздействием неконтролируемых изменений параметров окружающей среды. Благодаря этому повышается стабильность регистратора, уменьшаются шумы, увеличивается чувствительность, отпадает необходимость в точной юстировке оптических элементов, и появляется возможность исследовать перемещения объектов, характерные размеры которых меньше размера объектной волны в месте максимальной фокусировки.The holographic principle of combining waves in the PRK allows exact matching of arbitrary fronts of the reference and object light waves, and the adaptive properties of the dynamic hologram stabilize the operating point of the interferometer in the region of its maximum sensitivity (quadrature conditions) under the influence of uncontrolled changes in environmental parameters. This increases the stability of the recorder, reduces noise, increases sensitivity, there is no need for accurate alignment of optical elements, and it becomes possible to study the movement of objects whose characteristic sizes are smaller than the size of the object wave at the maximum focus.

Claims (5)

1. Регистратор малых перемещений, состоящий из источника излучения когерентной световой волны, зеркала, установленного после источника излучения и направляющего излучение под прямым углом в светоделитель, разделяющий излучение на опорную и объектную волны, плеч прохождения опорной и объектной волн, фоторефрактивного кристалла и фотоприемника, при этом опорное плечо включает последовательно установленные после светоделителя фазовую четвертьволновую пластинку, систему зеркал, направляющих опорную волну под прямым углом к объектной волне, вторую фокусирующую линзу, объектная ветвь - фокусирующий элемент, установленный перед исследуемым объектом, светоделитель, первую фокусирующую линзу, при этом опорная и объектная волны направлены в фоторефрактивный кристалл под прямым углом друг к другу вдоль осей фоторефрактивного кристалла [010] и [100].1. A small displacement recorder, consisting of a coherent light wave radiation source, a mirror installed after the radiation source and directing the radiation at right angles to a beam splitter that divides the radiation into the reference and object waves, the transmission arms of the reference and object waves, a photorefractive crystal and a photodetector, this supporting arm includes a quarter-wave plate phase sequentially installed after the beam splitter, a system of mirrors directing the reference wave at right angles to the object wave the second focusing lens, the object branch — the focusing element mounted in front of the object under study, the beam splitter, the first focusing lens, while the reference and object waves are directed into the photorefractive crystal at right angles to each other along the axes of the photorefractive crystal [010] and [100] . 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фоторефрактивного кристалла используют кристалл теллурида кадмия.2. The device according to claim 1, characterized in that a cadmium telluride crystal is used as a photorefractive crystal. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника световой когерентной волны используют непрерывный твердотельный инфракрасный лазер.3. The device according to claim 1, characterized in that a continuous solid-state infrared laser is used as a source of light coherent wave. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве светоделителя используют светоделительную пластину, делящую излучение на два пучка в равном соотношении.4. The device according to claim 1, characterized in that a beam splitter plate is used as a beam splitter, dividing the radiation into two beams in equal proportions. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фокусирующего элемента используют объектив.
Figure 00000001
5. The device according to claim 1, characterized in that a lens is used as the focusing element.
Figure 00000001
RU2013117028/28U 2013-04-12 2013-04-12 ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER RU133283U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117028/28U RU133283U1 (en) 2013-04-12 2013-04-12 ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117028/28U RU133283U1 (en) 2013-04-12 2013-04-12 ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU133283U1 true RU133283U1 (en) 2013-10-10

Family

ID=49303476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013117028/28U RU133283U1 (en) 2013-04-12 2013-04-12 ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU133283U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2014202103B2 (en) Apparatus For Detecting A 3D Structure Of An Object
CN102095504B (en) Ring common-path point diffraction interferometer based on spatial phase modulation
CN111121644B (en) Micro-displacement measurement method and device based on vortex rotation and spherical wave interference
CN106292238B (en) A kind of reflective off-axis digital holography micro-measurement apparatus
CA2805443C (en) Method and apparatus for imaging
CN107449361B (en) Stable dual-wavelength real-time interference microscopic device and using method thereof
CN106768280B (en) Multi-wavelength lens-free Fourier transform digital holography-based vibration detection device
CN102944169A (en) Simultaneous polarization phase-shifting interferometer
CN103308142A (en) Method and device for measuring speed and frequency of ultrasonic traveling wave in liquid
CN104296678A (en) Heterodyne interferometer based on phase shift of low-frequency-difference acousto-optic frequency shifter
CN108931207A (en) The interference microscope equipment and method of LED illumination
CN201885805U (en) Annular common-path point diffraction-interference wave front sensing device-
EP3899420A1 (en) Full-field heterodyne interferometer for inspecting an optical surface
JP5510676B2 (en) Interferometric system using spatial carrier frequency enabling imaging with polychromatic radiation
Maiorov et al. Optoelectronic computer system for detection of foreign agents in subsurface layers of skin
CN108088368A (en) Reflective off-axis digital holography apparatus and method based on light splitting pupil
RU133283U1 (en) ADAPTIVE SMALL MOVEMENT RECORDER
CN110632342B (en) Infrared holography device for measuring wind speed and wind direction
US20110299090A1 (en) Real-time interferometer
CN208595888U (en) A kind of stable light off-axis interference microscope equipment
Brinkmeyer et al. Fiber optic CW doppler lidar using a synthetic broadband source
US10436570B1 (en) High speed Michelson interferometer microscope
JPS63128211A (en) Spacing measuring method
Francis Surface strain measurement using pulsed laser shearography with fibre-optic imaging bundles
CN211373499U (en) Multifunctional comprehensive interference system for amplifying optical path difference