RU181779U1 - Device for measuring the integral scattering coefficient over the surface of mirrors - Google Patents
Device for measuring the integral scattering coefficient over the surface of mirrors Download PDFInfo
- Publication number
- RU181779U1 RU181779U1 RU2018109133U RU2018109133U RU181779U1 RU 181779 U1 RU181779 U1 RU 181779U1 RU 2018109133 U RU2018109133 U RU 2018109133U RU 2018109133 U RU2018109133 U RU 2018109133U RU 181779 U1 RU181779 U1 RU 181779U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- mirror
- scattered
- optical axis
- integrator
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 74
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000006100 radiation absorber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 20
- 206010073306 Exposure to radiation Diseases 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 17
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001370 static light scattering Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Устройство содержит последовательно установленные на одной оптической оси одномодовый лазер, фазовращатель, первое поворотное зеркало, оптический фильтр, импульсный модулятор, второе поворотное зеркало, фокусирующую линзу, интегратор рассеянного излучения в виде светомерной сферы, в которой установлено измеряемое зеркало, закрепленное на управляемом позиционере в виде сканера вращения, обеспечивающего перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения, фотоприемник рассеянного излучения на границе интегратора и соединенный с его выходом блок обработки данных, поглотитель отраженного излучения. Формирователь пучка излучения установлен на оптической оси между вторым поворотным зеркалом и фокусирующей линзой, установленной на блоке юстировки с возможностью плавной юстировки в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Технический результат - повышение точности и качества измерения. 1 ил.The device contains a single-mode laser sequentially mounted on the same optical axis, a phase shifter, a first rotary mirror, an optical filter, a pulse modulator, a second rotary mirror, a focusing lens, a diffused radiation integrator in the form of a light-measuring sphere, in which the measured mirror is mounted, mounted on a controlled positioner in the form a rotation scanner that provides movement of the zone of exposure to radiation of a single-mode laser on the measured mirror with a constant angle of incidence of radiation, photo reception IR scattered radiation on the boundary of the integrator and its output connected to the data processing unit, the reflected radiation absorber. The beam shaper is mounted on the optical axis between the second rotary mirror and the focusing lens mounted on the alignment unit with the possibility of smooth alignment in a plane perpendicular to the optical axis. EFFECT: increased accuracy and quality of measurement. 1 ill.
Description
Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения коэффициента интегрального рассеяния лазерного излучения по поверхности зеркал, входящих в состав лазерных гироскопов.The utility model relates to optical instrumentation and can be used to measure the coefficient of integral scattering of laser radiation over the surface of mirrors that are part of laser gyroscopes.
Известны устройства, в которых производится оценка качества зеркал на основе измерения рассеянного излучения.Known devices in which the quality of mirrors is estimated based on the measurement of scattered radiation.
Одно из таких устройств [RU 2474796, CI, G01J 3/44, 10.02.2013] содержит оптически связанные лазер и расположенные последовательно вдоль главной оптической оси эллиптическое зеркало, объектив и спектрометр, а также сферическое зеркало с радиусом, равным удвоенному фокальному радиусу эллиптического зеркала, и фокусирующую линзу, причем сферическое зеркало выполнено с отверстием в центре и установлено на главной оптической оси так, что его центр кривизны совпадает с первым фокусом эллиптического зеркала, их зеркальные поверхности повернуты друг к другу, а его центр совпадает со вторым фокусом эллиптического зеркала, фокусирующая линза установлена снаружи эллиптического зеркала на оптической оси лазера, ортогональной главной оптической оси, и ее фокус совпадает с первым фокусом эллиптического зеркала, которое выполнено с двумя отверстиями, расположенными в точках пересечения поверхности зеркала с оптической осью лазера, при этом их диаметр совпадает с диаметром лазерного луча.One of such devices [RU 2474796, CI,
Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of this technical solution is the relatively narrow functionality.
Известны также устройства, обеспечивающие косвенные способы оценки качества зеркал лазерных гироскопов (ЛГ), которые позволяют производить измерение коэффициента интегрального рассеяния (КИР).Devices are also known that provide indirect methods for assessing the quality of mirrors of laser gyroscopes (LG), which allow the measurement of the integral scattering coefficient (CIR).
Например, известно устройство [Попов В.Д. Лекция 1. Рассеяние света и его контроль. - URL: http://pvd2.narod.ru/publ/lec/lectl.html], содержащее интегрирующую сферу (Ulbricht sphere), в отверстии которой установлено измеряемое зеркало, на поверхность которого по оптическому каналу, выполненному в виде последовательно установленных поляризатора, линзы, оптического модулятора и диафрагмы, обеспечивается попадание излучения зондирующего лазера, а также датчик рассеянного излучения, выполненный в виде фотоприемника, чувствительный элемент которого находится внутри интегрирующей сферы.For example, a device is known [Popov V.D. Lecture 1. Scattering of light and its control. - URL: http://pvd2.narod.ru/publ/lec/lectl.html] containing an integrating sphere (Ulbricht sphere), in the opening of which a measured mirror is installed, on the surface of which through an optical channel made in the form of sequentially mounted polarizers , lens, optical modulator and diaphragm, radiation from the probe laser is provided, as well as a scattered radiation sensor made in the form of a photodetector, the sensitive element of which is located inside the integrating sphere.
В этом устройстве напряжение на выходе фотоприемника оказывается пропорциональным части излучения, диффузно рассеянного при отражении луча зондирующего лазера от поверхности объекта измерения.In this device, the voltage at the output of the photodetector is proportional to the part of the radiation diffusely scattered by the reflection of the probe laser beam from the surface of the measurement object.
Недостатком технического решения является относительно низкие качество и точность измерений, обусловленные, в частности, отсутствием средств автоматизации измерений, обеспечивающим подачи излучения на выбранные участки зеркала. Результатами является одно усредненное по всей поверхности зеркала значение коэффициента интегрального рассеяния.The disadvantage of the technical solution is the relatively low quality and accuracy of the measurements, due, in particular, to the lack of automation of measurements, ensuring the supply of radiation to selected sections of the mirror. The results are a single value of the integral scattering coefficient averaged over the entire surface of the mirror.
Кроме того, известно устройство для измерения распределения коэффициента интегрального рассеяния света по поверхности зеркала [Hyun-Ju Cbo, Jae-Cheul Lee, and Saiig-Hyun Lee Design and Development of an Ultralow Optical Loss Mirror Coating for Zerodur Substrate. Journal of the Optical Society of Korea Vol. 16, No. 1, March 2012. pp. 80-84], содержащее зондирующий лазер, оптический канал, выполненный в виде последовательно установленных диафрагмы, поляризатора, оптико-механического прерывателя, поворотного зеркала и входной диафрагмы, интегрирующую полусферу, в которой установлено измеряемое зеркало, закрепленное на управляемом моторизованном позиционере, синхронный детектор, фотоприемник рассеянного излучения, чувствительный элемент которого находится в основании полусферы, блок управления моторизованным позиционером и обработки данных, выполненный в виде компьютера, при этом зондирующее излучение поступает через входную диафрагму и входное отверстие полусферы на измеряемое зеркало под углом 45° к его поверхности, а выходное отверстие выполнено с возможностью вывода из интегрирующей полусферы отраженного от измеряемого зеркала излучения зондирующего лазера, а выход фотоприемника рассеянного излучения и электрический выход оптико-механического прерывателя соединены с сигнальным и опорным входами синхронного детектора, выход которого соединен со входом измерительных данных блока управления моторизованным позиционером и обработки данных, выход которого соединен со входом управления моторизованного позиционера.In addition, a device is known for measuring the distribution of the integral light scattering coefficient over a mirror surface [Hyun-Ju Cbo, Jae-Cheul Lee, and Saiig-Hyun Lee Design and Development of an Ultralow Optical Loss Mirror Coating for Zerodur Substrate. Journal of the Optical Society of Korea Vol. 16, No. 1, March 2012. pp. 80-84], comprising a probe laser, an optical channel made in the form of a diaphragm, a polarizer, an optical-mechanical chopper, a rotary mirror and an input diaphragm, an integrating hemisphere in which a measured mirror mounted on a controlled motorized positioner, a synchronous detector, a photodetector of scattered radiation, the sensitive element of which is located at the base of the hemisphere, a control unit for a motorized positioner and data processing, made in the form of a computer yuter, in this case, the probing radiation enters through the inlet diaphragm and the inlet of the hemisphere to the measured mirror at an angle of 45 ° to its surface, and the outlet is made with the possibility of outputting the probe laser radiation reflected from the measured mirror from the integrating hemisphere, and the output of the scattered radiation photodetector and electric the output of the opto-mechanical chopper is connected to the signal and reference inputs of a synchronous detector, the output of which is connected to the input of the measurement data of the control unit I have a motorized positioner and data processing, the output of which is connected to the control input of a motorized actuator.
Устройство обеспечивает оценку шероховатости на основе известных методик, связывающих коэффициент интегрального рассеяния с шероховатостью поверхностей, слабо рассеивающих свет [Ароновиц Ф. Лазерный гироскоп. В кн.: Применения лазеров / пер. с англ. под ред. В.П. Тычинского. / в книге «Применение лазеров». - М.; Мир, 1976. - С. 181-269; Dandan Liu, Huasong Liu, Yiqin Ji, Fuhao Jiang and Deing Analysis of the magnitude and distribution of low loss thin film. Chinese Optics Letters. 2010. April 30. Vol. 4 Supplement, pp. 105-107; Mazule L., Liukaityte S., Eckardt R.C, Melninkaitis A., Balachninaite O. and Siratkaitis V. A system for measuring surface roughness by total integrated scattering. J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011). pp. 1-9].The device provides roughness assessment based on well-known techniques that relate the integral scattering coefficient to the roughness of surfaces that scatter light slightly [Aronovits F. Laser gyroscope. In the book: Applications of lasers / trans. from English under the editorship of V.P. Tychinsky. / in the book "The use of lasers." - M .; Mir, 1976. - S. 181-269; Dandan Liu, Huasong Liu, Yiqin Ji, Fuhao Jiang and Deing Analysis of the magnitude and distribution of low loss thin film. Chinese Optics Letters. 2010. April 30. Vol. 4 Supplement, pp. 105-107; Mazule L., Liukaityte S., Eckardt R.C., Melninkaitis A., Balachninaite O. and Siratkaitis V. A system for measuring surface roughness by total integrated scattering. J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011). pp. 1-9].
Недостатком этого устройство является относительно низкая точность измерений.The disadvantage of this device is the relatively low accuracy of the measurements.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения распределения коэффициента интегрального рассеяния света по поверхности зеркал [RU 166499, U1, G01C 19/02, G01M 11/00, 27.11.2016], содержащее зондирующий лазер, на оптической оси которого установлены поляризатор, оптико-механический прерыватель, диафрагма, поворотное зеркало и входная диафрагма, интегратор рассеянного излучения, выполненный в виде интегрирующей полусферы, в которой установлено измеряемое зеркало, закрепленное на управляемом моторизованном позиционере, синхронный детектор, фотоприемник рассеянного излучения, чувствительный элемент которого находится в основании интегрирующей полусферы, блок управления моторизованным позиционером и обработки данных, фокусирующая линза, установленная на оптической оси зондирующего лазера между поворотным зеркалом и входной диафрагмой, светоделительная пластина, установленная между оптико-механическим прерывателем и диафрагмой, и фотоприемник отраженного излучения, при этом интегрирующая полусфера снабжена входным отверстием, выполненным с возможностью подачи излучения зондирующего лазера, отраженного от поворотного зеркала, через входную диафрагму на измеряемое зеркало под углом 45° к его поверхности, и выходным отверстием, выполненным с возможностью вывода из интегрирующей полусферы отраженного от измеряемого зеркала излучения зондирующего лазера, выход фотоприемника рассеянного излучения соединен с сигнальным входом синхронного детектора, выход которого соединен со входом измерительных данных блока управления моторизованным позиционером и обработки данных, выход которого соединен со входом управления моторизованного позиционера, излучение с отражающего выхода светоделительной пластины попадает на вход фотоприемника отраженного излучения, выход которого подключен к входу опорного сигнала синхронного детектора и к входу контроля мощности блока управления моторизованным позиционером и обработки данных с возможностью определения результатов измерений коэффициента интегрального рассеяния света на поверхности измеряемого зеркала с учетом текущего значения мощности зондирующего лазера, а зондирующий лазер выбран одномодовым и с малыми размерами резонатора.The closest in technical essence to the proposed is a device for measuring the distribution of the coefficient of integrated light scattering on the surface of the mirrors [RU 166499, U1, G01C 19/02, G01M 11/00, 11/27/2016], containing a probe laser, on the optical axis of which there is a polarizer , optical-mechanical chopper, diaphragm, rotary mirror and input diaphragm, scattered radiation integrator, made in the form of an integrating hemisphere, in which the measured mirror is mounted, mounted on a controlled motorized position onere, synchronous detector, scattered-light photodetector, the sensitive element of which is located at the base of the integrating hemisphere, control unit for a motorized positioner and data processing, focusing lens mounted on the optical axis of the probe laser between the rotary mirror and the input diaphragm, a beam splitter plate installed between the optical-mechanical a chopper and a diaphragm, and a photodetector of reflected radiation, while the integrating hemisphere is equipped with an inlet made with the possibility of supplying the radiation of the probe laser reflected from the rotary mirror through the inlet diaphragm to the measured mirror at an angle of 45 ° to its surface, and an output hole configured to output the radiation of the probe laser reflected from the measured mirror from the integrating hemisphere, the output of the scattered radiation photodetector is connected with the signal input of a synchronous detector, the output of which is connected to the measurement input of the control unit of a motorized positioner and data processing, for which it is connected to the control input of the motorized positioner, the radiation from the reflective output of the beam splitter plate is incident on the input of the reflected photodetector, the output of which is connected to the input of the reference signal of the synchronous detector and to the power control input of the control unit of the motorized positioner and data processing with the possibility of determining the measurement results of the integral coefficient light scattering on the surface of the measured mirror, taking into account the current value of the probe laser power, and Ndira selected singlemode laser and with small cavity sizes.
Особенностью наиболее близкого технического решения является то, что между светоделительной пластиной и диафрагмой установлен оптический фильтр, обеспечивающий ослабление и/или регулировку уровня излучения задающего лазера, подаваемого на измеряемое зеркало во время калибровки, а интегрирующая полусфера снабжена веб-камерой, установленной с возможностью наведения и слежения за положением луча задающего лазера на поверхности измеряемого зеркала.A feature of the closest technical solution is that an optical filter is installed between the beam splitter plate and the diaphragm, which attenuates and / or adjusts the radiation level of the master laser supplied to the measured mirror during calibration, and the integrating hemisphere is equipped with a webcam installed with the ability to aim and tracking the position of the beam of the master laser on the surface of the measured mirror.
Недостатками наиболее близкого технического решения являются относительно низкие точность и качество измерений. В частности, в известном устройстве используется интегрирующая полусфера, что снижает точность и качество измерений по отношению, например, относительно использования более полных сфер. Кроме того, в этом устройстве не обеспечивается плавная юстировка фокусирующей линзы, что снижает точность выбора исследуемой области на поверхности образца, и не обеспечивается вращение образца в процессе измерений для обеспечения перемещения зоны воздействия луча при неизменном угле падения. В наиболее близком техническом решении не обеспечивается и поглощение отраженного от образца излучения, что снижает точность и качество измерений из-за возможного отрицательного влияния обратной засветки полусферы.The disadvantages of the closest technical solution are the relatively low accuracy and quality of measurements. In particular, an integrating hemisphere is used in the known device, which reduces the accuracy and quality of measurements with respect to, for example, the use of more complete spheres. In addition, this device does not provide a smooth adjustment of the focusing lens, which reduces the accuracy of the selection of the studied region on the surface of the sample, and the rotation of the sample during measurements is not ensured to ensure the displacement of the beam with a constant angle of incidence. The closest technical solution does not provide the absorption of radiation reflected from the sample, which reduces the accuracy and quality of measurements due to the possible negative influence of backlighting of the hemisphere.
Задача, которая решается в полезной модели, заключается в разработке устройства, обладающего более высокой точностью и качеством измерений.The problem, which is solved in a utility model, is to develop a device with higher accuracy and quality of measurements.
Требуемый технический результат заключается в повышении точности и качества измерений.The required technical result is to increase the accuracy and quality of measurements.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее интегратор рассеянного излучения, в котором установлено измеряемое зеркало, закрепленное на управляемом позиционере, последовательно установленные на одной оптической оси и обеспечивающие падение оптического излучения на измеряемое зеркало под углом 45° одномодовый лазер, фазовращатель, первое поворотное зеркало, оптический фильтр, импульсный модулятор, второе поворотное зеркало, фокусирующую линзу и входную диафрагму, размещенную у входного отверстия интегратора рассеянного излучения, а также фотоприемник рассеянного излучения, чувствительный элемент которого находится на границе интегратора рассеянного излучения, выполненное с выходным отверстием, обеспечивающим выход отраженного под углом 45° от измеряемого зеркала оптического излучения одномодового лазера, и блок обработки данных, вход которого соединен с выходом фотоприемника рассеянного излучения, согласно полезной модели введены поглотитель отраженного излучения, выходная диафрагма, установленная у выходного отверстия интегратора рассеянного излучения и оптически связанного с поглотителем отраженного излучения, формирователь пучка излучения, установленный на оптической оси между вторым поворотным зеркалом и фокусирующей линзой, которая установлена на механическом блоке юстировки, выполненным с возможностью плавной юстировки в плоскости, перпендикулярной оптической оси, при этом интегратор рассеянного излучения выполнен в виде светомерной сферы, а управляемый позиционер выполнен в виде сканера вращения, обеспечивающего перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in a device containing a scattered radiation integrator in which a measured mirror is mounted, mounted on a controlled positioner, sequentially mounted on the same optical axis and providing a drop of optical radiation on the measured mirror at an angle of 45 ° single-mode laser, phase shifter, first rotary mirror, optical filter, pulse modulator, second rotary mirror, focusing lens and input diaphragm, size scattered at the inlet of the scattered-radiation integrator, as well as a scattered-radiation photodetector, the sensitive element of which is located at the boundary of the scattered-radiation integrator, made with an outlet that provides the output of a single-mode laser optical radiation reflected at an angle of 45 ° from the measured mirror, and a data processing unit, input which is connected to the output of the scattered-radiation photodetector, according to a utility model, a reflected radiation absorber, an output diaphragm, are installed located at the outlet of the scattered-radiation integrator and optically coupled to the reflected radiation absorber, a radiation beam shaper mounted on the optical axis between the second rotary mirror and the focusing lens, which is mounted on a mechanical alignment unit configured to smoothly align in a plane perpendicular to the optical axis, while the scattered radiation integrator is made in the form of a light-measuring sphere, and the controlled positioner is made in the form of a rotation scanner, providing movement of the radiation exposure area measured on single-mode laser mirror at a fixed angle of incidence.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, формирователь пучка излучения, установленный на оптической оси между вторым поворотным зеркалом и фокусирующей линзой, выполнен в виде одинаковых первой и второй линз формирователя пучка излучения, установленных друг от друга на двойном фокусном расстоянии, а в области перетяжки пучка лазерного излучения установлена диафрагма формирователь пучка излучения, обеспечивающая ограничение гауссового пучка, создавая преграду рассеянному лазерному и фоновому излучению в направлении светомерной сферы.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that the radiation beam shaper mounted on the optical axis between the second rotary mirror and the focusing lens is made in the form of the same first and second radiation beam shaper lenses mounted at a double focal length from each other, and in The diaphragm shaper of the radiation beam is installed in the region of the waist of the laser beam, which limits the Gaussian beam, creating a barrier to the scattered laser and background radiation in Aviation of the light-sphere sphere.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения коэффициента интегрального рассеяния по поверхности зеркал совместно с измеряемым зеркалом.The drawing shows a functional diagram of a device for measuring the coefficient of integrated scattering on the surface of the mirrors in conjunction with the measured mirror.
На чертеже обозначены:In the drawing are indicated:
1 - одномодовый лазер;1 - single-mode laser;
2 - светомерная сфера;2 - light-measuring sphere;
3 - измеряемое зеркало (исследуемый образец);3 - measured mirror (test sample);
4 - первое поворотное зеркало;4 - the first rotary mirror;
5 - второе поворотное зеркало;5 - the second rotary mirror;
6 - фазовращатель;6 - phase shifter;
7 - оптический фильтр;7 - optical filter;
8 - импульсный модулятор;8 - pulse modulator;
9 - формирователь пучка;9 - beam former;
10 - первая линза формирователя пучка излучения;10 - the first lens of the radiation beam former;
11 - вторая линза формирователя пучка излучения;11 - the second lens of the radiation beam former;
12 - диафрагма формирователя пучка излучения;12 - diaphragm of the radiation beam former;
13 - входная диафрагма, установленная у входного отверстия светомерной сферы;13 - input diaphragm mounted at the inlet of the light-sphere sphere;
14 - выходная диафрагма, установленная у выходного отверстия светомерной сферы;14 - output diaphragm installed at the outlet of the light-measuring sphere;
15 - фокусирующая линза;15 - focusing lens;
16 - механический блок юстировки, выполненным с возможностью плавной юстировки фокусирующей линзы;16 is a mechanical adjustment unit, configured to smoothly align the focusing lens;
17 - сканер вращения, обеспечивающий перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения;17 - rotation scanner, providing movement of the zone of exposure to radiation of a single-mode laser on the measured mirror with a constant angle of incidence of radiation;
18 - поглотитель отраженного излучения;18 - absorber of reflected radiation;
19 - приемник рассеянного излучения;19 - receiver of scattered radiation;
20 - блок обработки данных.20 is a data processing unit.
Устройство измерения коэффициента интегрального рассеяния по поверхности зеркал совместно с измеряемым зеркалом, представленное на чертеже, содержит интегратор рассеянного излучения, выполненный в виде светомерной сферы 2, в котором установлено измеряемое зеркало 3, закрепленное на управляемом позиционере, выполненным в виде сканера вращения 17.The device for measuring the coefficient of integrated scattering on the surface of the mirrors together with the measured mirror, shown in the drawing, contains an integrator of scattered radiation, made in the form of a light-
Кроме того, устройство содержит последовательно установленные на одной оптической оси и обеспечивающие падение оптического излучения на измеряемое зеркало под углом 45° одномодовый лазер 1, фазовращатель 6, первое поворотное зеркало 4, оптический фильтр 7, импульсный модулятор 8, второе поворотное зеркало 5, фокусирующую линзу 15 и входную диафрагму 13, размещенную у входного отверстия светомерной сферы 2.In addition, the device comprises a single-mode laser 1, a
Устройство содержит также фотоприемник 19 рассеянного излучения, чувствительный элемент которого находится на границе светомерной сферы 2, выполненной с выходным отверстием, обеспечивающим выход отраженного под углом 45° от измеряемого зеркала 3 оптического излучения одномодового лазера.The device also contains a scattered-
Помимо вышеуказанного устройство содержит блок 20 обработки данных, вход которого соединен с выходом фотоприемника 19 рассеянного излучения, а также поглотитель 18 отраженного излучения и выходную диафрагму 4, установленную у выходного отверстия светомерной сферы 2 и оптически связанную с поглотителем 18 отраженного излучения.In addition to the above, the device includes a
В устройстве имеется также формирователь 9 пучка излучения, установленный на оптической оси между вторым поворотным зеркалом 5 и фокусирующей линзой 15, которая установлена на механическом блоке юстировки 16, выполненным с возможностью плавной юстировки в плоскости, перпендикулярной оптической оси, причем формирователь 9 пучка излучения выполнен в виде одинаковых первой 10 и второй 11 линз формирователя пучка излучения, установленных друг от друга на двойном фокусном расстоянии, а в области перетяжки пучка лазерного излучения установлена диафрагма 12 формирователь пучка излучения, обеспечивающая ограничение гауссового пучка, создавая преграду рассеянному лазерному и фоновому излучению в направлении светомерной сферы.The device also has a
Все элементы устройства являются стандартными элементами оптической техники и электроники и примеры их конструктивного выполнения представлены ниже при описании работы устройства.All elements of the device are standard elements of optical equipment and electronics and examples of their structural implementation are presented below in the description of the operation of the device.
Работает устройство для измерения распределения коэффициента интегрального рассеяния света по поверхности зеркал следующим образом.A device for measuring the distribution of the coefficient of integrated light scattering on the surface of the mirrors as follows.
Рассмотрим частный пример использования в устройстве элементов с конкретными характеристиками.Consider a particular example of using elements with specific characteristics in a device.
Одномодовый лазер 1 He-Ne мощностью 15 мВт и линейной поляризацией служит источником излучения с длиной волны 633 нм, которая направляется в светомерную сферу 2 с измеряемым зеркалом 3. По ходу следования лазерного луча установлены фазовращатель 6 (полуволновая пластина кристаллического кварца), оптический фильтр 7 (из набора нейтральных светофильтров с паспортизованными значениями коэффициентов пропускания), выполняющий роль ослабителя, и импульсный модулятор 8. Кроме того, на пути оптического луча установлении формирователь 9 пучка, содержащий конфокальные линзы 10 и 11 и в области перетяжки которых расположена диафрагма 12 диаметром 200 мкм, которая ограничивает гауссовый пучок, создавая преграду рассеянному лазерному и фоновому излучению в направлении к измеряемому зеркалу. Дополнительная защита от нежелательной засветки обеспечивается входной диафрагмой 13 и выходной диафрагмой 14 непосредственно на входе и выходе лазерного луча светомерной сферы 2.A single-mode 1 He-Ne laser with a power of 15 mW and linear polarization serves as a radiation source with a wavelength of 633 nm, which is directed into the light-measuring
Для фокусировки излучения на измеряемое зеркало служит фокусирующая линза 15. Диаметр лазерного пучка в зоне воздействия на измеряемое зеркало составляет 0,6 мм. Фокусирующая линза 15 закреплена на механическом устройстве 16, обеспечивающем ее плавную юстировку в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Тем самым достигается выбор исследуемой области на поверхности образа с точностью 0,05 мм.A focusing
Измеряемое зеркало 3, как исследуемый образец, устанавливается под углом 45° к лучу лазерного излучения. Держатель образца сопряжен с со сканером 17 вращения, обеспечивающим его вращение во время измерений. Поглотитель 18 представляет собой пластину из темного стекла, расположение которой по отношению к падающему лучу выбирается с учетом минимизации световых помех от отраженного ее поверхностью излучения. Используется пластина с высоким качеством полировки поверхности, поскольку при регистрации обратного рассеяния область воздействия лазерного пучка на поглотитель оказывается в зоне видимости приемника 19 рассеянного излучения.The measured
Абсолютная величина обратного рассеяния лазерного излучения регистрируется приемником 19 рассеянного излучения, который может быть выполнен в виде фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) Н10493-011 фирмы Hamamatsu. Блок 20 обработки данных может быть выполнен в виде микрокомпьютера, на котором установлена специальная программа по анализу и презентации экспериментальных данных.The absolute value of the backscattering of laser radiation is recorded by the scattered
Формирователь пучка 9 излучения, установленный на оптической оси между вторым поворотным зеркалом и фокусирующей линзой, создавая преграду рассеянному лазерному и фоновому излучению в направлении светомерной сферы, улучшает характеристики предложенного устройства относительно прототипа. Устройство оказывается практически нечувствительной к внешней засветке и допускает эксплуатацию в помещении при уровнях освещенности до 250 лк.The
При калибровке под воздействием лазерного излучения с интенсивностью I при общем коэффициенте пропускания оптического фильтра 7 (ослабителя) τ регистрируется сигнал от контрольного образца с известным коэффициентом рассеяния kk (доли от падающего излучения)When calibrating under the influence of laser radiation with intensity I for a total transmittance of the optical filter 7 (attenuator) τ, a signal is recorded from a control sample with a known scattering coefficient k k (fractions of incident radiation)
Uк=αк⋅I⋅τ kk.U к = α к ⋅I⋅τ k k .
Здесь коэффициент τ удобно выражать в ppm (1 ppm=10-6). Аналогично сигнал, регистрируемый при измерениях коэффициента рассеяния исследуемого образца величиной k, может быть представлен какHere, the coefficient τ is conveniently expressed in ppm (1 ppm = 10-6). Similarly, the signal recorded during measurements of the scattering coefficient of the sample under study with a value of k can be represented as
Uи=αи⋅I⋅k.U and = α and ⋅I⋅k.
В обоих случаях αк и αи - коэффициенты пропорциональности, величины которых определяются напряжениями, приложенными к модулю ФЭУ, и учитываются в компьютерной программе обработки результатов.In both cases, α k and α and are proportionality coefficients, the values of which are determined by the voltages applied to the PMT module, and are taken into account in the computer program for processing the results.
Соответственно, значение обратного рассеяния излучения (в единицах ppm) для исследуемого образца может быть найдено по формуле:Accordingly, the value of the backscattering of radiation (in ppm units) for the test sample can be found by the formula:
k=(Uи/Uк)⋅(αк/αи)⋅τ⋅kk.k = (U and / U к ) ⋅ (α к / α и ) ⋅τ⋅k k .
Широкий диапазон калибровок по уровню интенсивности лазерного излучения (9 порядков) обеспечивается разными установками оптического фильтра 7 (ослабителя), состоящего из 8 аттестованных светофильтров. Для уменьшения погрешности и повышения достоверности измерений в установке используется сопоставление массивов данных последовательностей сигналов, получаемых при разных коэффициентах усиления ФЭУ при плавном увеличении управляющего напряжения.A wide range of calibrations according to the level of laser radiation intensity (9 orders of magnitude) is provided by different settings of the optical filter 7 (attenuator), consisting of 8 certified filters. To reduce the error and increase the reliability of measurements in the installation, a comparison of the data arrays of signal sequences obtained at different PMT gain factors with a smooth increase in the control voltage is used.
Таким образом, благодаря введению формирователя 9 пучка излучения, установленного на оптической оси между вторым поворотным зеркалом 5 и фокусирующей линзой 15, которая установлена на механическом блоке юстировки, выполненным с возможностью плавной юстировки в плоскости, перпендикулярной оптической оси, использованием светомерной сферы 2 и сканера 17 вращения, обеспечивающего перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения, поглотителя 18 отраженного излучения, выходной диафрагмы 14, установленной у выходного отверстия светомерной сферы 2 и оптически связанный с поглотителем отраженного излучения, повышается точность и качество измерений, что позволяет обеспечить достижение требуемого технического результата.Thus, due to the introduction of the
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109133U RU181779U1 (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Device for measuring the integral scattering coefficient over the surface of mirrors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109133U RU181779U1 (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Device for measuring the integral scattering coefficient over the surface of mirrors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU181779U1 true RU181779U1 (en) | 2018-07-26 |
Family
ID=62981969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018109133U RU181779U1 (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Device for measuring the integral scattering coefficient over the surface of mirrors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU181779U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU185343U1 (en) * | 2018-09-05 | 2018-11-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyro sensors |
| CN109297986A (en) * | 2018-11-05 | 2019-02-01 | 西安工业大学 | Laser gyro high reflection mirror beauty defects parameter characterization device and detection method |
| RU2728730C1 (en) * | 2019-11-01 | 2020-07-30 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Method for complex estimation of quality of optical mirrors of ring laser gyroscope by digital signal processing |
| RU2803111C1 (en) * | 2023-03-06 | 2023-09-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for selecting resonator mirrors for sensors of laser gyroscopes |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1187563A1 (en) * | 1983-06-28 | 1991-12-23 | Институт высоких температур АН СССР | Method of determining dissipation factor of translucent solid mirror-reflection materials with small absorption factor |
| CN106124167A (en) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 西安电子科技大学 | The integral scattered power of ultrahigh-reflectivity mirror/integrated transmission high precision measuring system |
| RU166499U1 (en) * | 2016-04-14 | 2016-11-27 | Акционерное общество "Серпуховский завод "Металлист" | DEVICE FOR MEASURING THE DISTRIBUTION OF THE INTEGRAL LIGHT SCATTERING FACTOR BY THE MIRROR SURFACE |
| US20180031472A1 (en) * | 2015-02-10 | 2018-02-01 | University Court Of The University Of St Andrews | System, devices and methods using an integrated sphere light collector |
-
2018
- 2018-03-14 RU RU2018109133U patent/RU181779U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1187563A1 (en) * | 1983-06-28 | 1991-12-23 | Институт высоких температур АН СССР | Method of determining dissipation factor of translucent solid mirror-reflection materials with small absorption factor |
| US20180031472A1 (en) * | 2015-02-10 | 2018-02-01 | University Court Of The University Of St Andrews | System, devices and methods using an integrated sphere light collector |
| RU166499U1 (en) * | 2016-04-14 | 2016-11-27 | Акционерное общество "Серпуховский завод "Металлист" | DEVICE FOR MEASURING THE DISTRIBUTION OF THE INTEGRAL LIGHT SCATTERING FACTOR BY THE MIRROR SURFACE |
| CN106124167A (en) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 西安电子科技大学 | The integral scattered power of ultrahigh-reflectivity mirror/integrated transmission high precision measuring system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Hyun-Ju Cbo, Jae-Cheul Lee, Saiig-Hyun Lee, Design and Development of an Ultralow Optical Loss Mirror Coating for Zerodur Substrate, Journal of the Optical Society of Korea, vol. 16, N 1, March 2012, pp. 80-84. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU185343U1 (en) * | 2018-09-05 | 2018-11-30 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyro sensors |
| CN109297986A (en) * | 2018-11-05 | 2019-02-01 | 西安工业大学 | Laser gyro high reflection mirror beauty defects parameter characterization device and detection method |
| CN109297986B (en) * | 2018-11-05 | 2023-02-24 | 西安工业大学 | Laser gyroscope high reflector surface defect parameter characterization device and detection method |
| RU2728730C1 (en) * | 2019-11-01 | 2020-07-30 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Method for complex estimation of quality of optical mirrors of ring laser gyroscope by digital signal processing |
| RU2803111C1 (en) * | 2023-03-06 | 2023-09-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for selecting resonator mirrors for sensors of laser gyroscopes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5581350A (en) | Method and system for calibrating an ellipsometer | |
| RU181779U1 (en) | Device for measuring the integral scattering coefficient over the surface of mirrors | |
| RU2705767C1 (en) | Device and method of measuring spectral sensitivity of a large diameter radiometer | |
| JPH01101432A (en) | Distance simulation optical system | |
| KR20130019495A (en) | Rotating-element ellipsometer and method for measuring properties of the sample using the same | |
| US20180313737A1 (en) | Determination of a Refractive Index of a Sample and of a Particle Size of Particles in Said Samples by Means of a Dynamic Light Scattering Apparatus | |
| Apian-Bennewitz et al. | Enhancing and calibrating a goniophotometer | |
| CN106441655A (en) | Glass surface stress detecting device | |
| RU166499U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE DISTRIBUTION OF THE INTEGRAL LIGHT SCATTERING FACTOR BY THE MIRROR SURFACE | |
| Wildi et al. | A white super-stable source for the metrology of astronomical photometers | |
| RU185343U1 (en) | Device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyro sensors | |
| Larichev et al. | An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry | |
| Williams | Establishment of absolute diffuse reflectance scales using the NPL Reference Reflectometer | |
| CN206019885U (en) | Glass surface stress detection device | |
| CN106404695B (en) | Spectrophotometer | |
| JP2012052998A (en) | Optical measurement method and optical measurement device for measuring refraction factor of solid body having rough surface | |
| RU2727347C1 (en) | Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux | |
| Zeng et al. | JPSS-1 VIIRS solar diffuser witness sample BRF calibration using a table-top goniometer at NASA GSFC | |
| JP2012052997A (en) | Optical measurement method and optical measurement device for measuring apparent refraction factor of rough surface of solid body | |
| KR20190082092A (en) | Exit-pupil expander used distribute light over a liquid-crystal variable retarder | |
| Zeng et al. | Optical studies of low reflectance materials at solar reflective wavelengths in support of remote sensing instrument development and calibration | |
| RU2746699C1 (en) | Device for calibration of camera receivers by absolute power of radiation stream | |
| Kuvaldin et al. | Measurement of light scattering in objectives | |
| RU2109256C1 (en) | Method of determination of coefficient of light linear polarization in reflection and device intended for its realization | |
| Murgai et al. | PASCAL: Instrument for accurate precise characterization of Lambertian materials |