RU185343U1

RU185343U1 - Device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyro sensors

Info

Publication number: RU185343U1
Application number: RU2018131722U
Authority: RU
Inventors: Валентина Васильевна Азарова; Петр Юрьевич Лобанов; Иван Сергеевич Мануйлович; Олег Евгеньевич Сидорюк
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2018-11-30

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована для фотометрического контроля обратного рассеяния интерференционных зеркал лазерных гироскопов. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении арсенала технических средств, предназначенных для измерений обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов и повышении точности, достоверности и качества измерений, достигается в устройстве, содержащем оптоэлектронный блок, в котором установлено измеряемое зеркало, закрепленное на моторизованном позиционере, выполненном с возможностью управления сигналом от блока обработки данных и управления моторизованным позиционером в виде сканера вращения, обеспечивающего перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения, два поворотных зеркала, оптический фильтр, три линзы, пять диафрагм, фотоприемник рассеянного излучения, поглотитель отраженного излучения, электромеханический прерыватель, полупрозрачное зеркало, светоделительная пластина, светоделительное зеркало, выполненное с возможностью одновременной подачи отраженного излучения в фотоприемник и цифровую видеокамеру блока обработки данных и управления моторизованным позиционером. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

The utility model relates to optical instrumentation and can be used for photometric control of the backscattering of interference mirrors of laser gyroscopes. The required technical result, which consists in expanding the arsenal of technical means for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscopes sensors and increasing the accuracy, reliability and quality of measurements, is achieved in a device containing an optoelectronic unit in which a measured mirror is mounted, mounted on a motorized positioner, made with the ability to control the signal from the data processing unit and control the motorized positioner in the form of a scanner a luminaire that provides movement of the exposure zone of a single-mode laser on the measured mirror at a constant angle of incidence, two rotary mirrors, an optical filter, three lenses, five apertures, a scattered radiation photodetector, an absorber of reflected radiation, an electromechanical chopper, a translucent mirror, a beam splitter plate, a beam splitter mirror made with the possibility of simultaneous supply of reflected radiation to the photodetector and digital video camera of the data processing and control unit Ia motorized positioner. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована, преимущественно, для фотометрического контроля обратного рассеяния интерференционных зеркал лазерных гироскопов.The utility model relates to optical instrumentation and can be used mainly for photometric control of backscattering of interference mirrors 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, G01J 3/44, 02/10/2013] contains an optically coupled laser and an elliptical mirror, a lens and a spectrometer arranged in series along the main optical axis, as well as a spherical mirror with a radius equal to twice the focal radius of the elliptical mirror , and a focusing lens, moreover, the spherical mirror is made with a hole in the center and is mounted on the main optical axis so that its center of curvature coincides with the first focus of the elliptical mirror, their mirror surfaces are turned to each other and its center coincides with the second focus of the elliptical mirror, the focusing lens is mounted outside the elliptical mirror on the laser optical axis orthogonal to the main optical axis, and its focus coincides with the first focus of the elliptical mirror, which is made with two holes located at the intersection points of the mirror surface with optical axis of the laser, while their diameter coincides with the diameter of the laser beam.

Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие контролировать обратное рассеяние.The disadvantage of this technical solution is the relatively narrow functionality that does not allow controlling backscatter.

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. Это снижает точность и качество контроля.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. This reduces the accuracy and quality of control.

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 estimation based on well-known methods that relate the integral scattering coefficient to the surface roughness of weakly scattering light [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 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, оптоэлектронный блок в виде интегратора рассеянного излучения, выполненного 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, причем, 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 light scattering on the surface of 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, an optical mechanical chopper, diaphragm, rotary mirror and input diaphragm, optoelectronic unit in the form of a scattered radiation integrator made in the form of an integrating hemisphere, in which a measured mirror is mounted, mounted on a controlled motorized positioner, sync a detector, a scattered radiation photodetector, the sensitive element of which is located at the base of the integrating hemisphere, a control unit for a motorized positioner and data processing, a 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 chopper and a diaphragm, and a photodetector of reflected radiation, moreover, the integrating hemisphere is equipped with an inlet made with by 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 by an outlet made with the possibility of outputting the radiation of the probe laser reflected from the measured mirror from the integrating hemisphere, the output of the scattered radiation photodetector is connected to signal input of a synchronous detector, the output of which is connected to the measurement data input of the control unit of a motorized positioner and data processing, the output 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 reference signal input 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 results of measurements of the integral scattering coefficient light on the surface of the measured mirror, taking into account the current value of the power of the probe laser, and the probe The output laser was selected as single-mode and with a small cavity size.

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 mounted with the possibility of pointing and tracking the position of the beam of the master laser on the surface of the measured mirror.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно предназначено для измерения интегрального рассеяния, но не позволяет проводить измерения такой важной характеристики, как обратное рассеяние в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов. Это сужает арсенал технических средств, предназначенных для измерений обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow functionality, due to the fact that it is designed to measure integrated scattering, but does not allow measurements of such an important characteristic as backscattering in interference mirrors of laser gyroscope sensors. This narrows the arsenal of technical means for measuring backscattering in the interference mirrors of laser gyroscope sensors.

Задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего измерение обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов, и обеспечивающего, на этой основе расширение арсенала технических средств, предназначенных для этих целей.The objective of the utility model is to create a device that provides measurement of backscattering in the interference mirrors of laser gyroscopes sensors, and provides, on this basis, the expansion of the arsenal of technical means designed for these purposes.

Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для измерений обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов, с одновременным повышением точности, достоверности и качества измерений.The required technical result consists in expanding the arsenal of technical means for measuring backscattering in the interference mirrors of laser gyroscopes, while improving the accuracy, reliability and quality of measurements.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее оптоэлектронный блок, в котором установлено измеряемое зеркало, закрепленное на моторизованном позиционере, выполненным с возможностью управления сигналом от блока обработки данных и управления моторизованным позиционером в виде сканера вращения, обеспечивающего перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения, установленные последовательно на одной оптической оси и обеспечивающие падение оптического излучения на измеряемое зеркало под углом 45° от одномодового лазера первое поворотное зеркало, оптический фильтр, второе поворотное зеркало, первую линзу, первую диафрагму, вторую линзу, третью линзу и вторую диафрагму, размещенную у входа подачи излучения одномодового лазера в оптоэлектронный блок, а также фотоприемник рассеянного излучения, поглотитель отраженного излучения, третью диафрагму, установленную на выходе отраженного излучения оптоэлектронного блока и оптически связанная с поглотителем отраженного излучения, согласно полезной модели, введены электромеханический прерыватель, установленный перед первым поворотным зеркалом и выполненный с возможностью подачи на его вход излучения одномодового лазера, последовательно установленные в оптоэлектронном блоке на одной оптической оси поворотное зеркало для обратного рассеяния, выполненное с центральным отверстием с возможностью подачи через него оптического излучения одномодового лазера от второй диафрагмы, и четвертую диафрагму, выполненную с возможностью подачи излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало, светоделительная пластина, установленная за пятой диафрагмой на оптической оси отраженного излучения от поворотного зеркала на выходе оптоэлектронного блока, выполненная с возможностью одновременной подачи отраженного излучения в фотоприемник и цифровую видеокамеру блока обработки данных.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, in a device containing an optoelectronic unit, in which a measured mirror is mounted, mounted on a motorized positioner, configured to control the signal from the data processing unit and control the motorized positioner in the form of a rotation scanner, which provides displacement of the zone of exposure to radiation of a single-mode laser on the measured mirror at a constant angle of incidence of radiation, mounted in series on one optical axis and providing a drop of optical radiation on the measured mirror at an angle of 45 ° from a single-mode laser, a first rotary mirror, an optical filter, a second rotary mirror, a first lens, a first aperture, a second lens, a third lens and a second aperture located at the input of a single-mode laser radiation into the optoelectronic unit, as well as a scattered-radiation photodetector, an absorber of reflected radiation, a third diaphragm mounted at the output of the reflected radiation of the optoelectronic unit and optically coupled According to a utility model, an electromechanical chopper installed in front of the first rotary mirror and configured to supply single-mode laser radiation to its input, sequentially mounted in the optoelectronic unit on the same optical axis, has a rotary mirror for backscattering, made with a central hole with the possibility of supplying through it the optical radiation of a single-mode laser from the second diaphragm, and the fourth diaphragm, made with the possibility of Strongly feed mode laser radiation measured at mirror, beam-splitting plate mounted for the fifth diaphragm on the optical axis of the reflected radiation from the rotary mirror at the output of the optoelectronic unit configured to simultaneously supply the reflected light to a photodetector and digital video camera data processing unit.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, оптоэлектронный блок содержит калибровочное зеркало, устанавливаемое при калибровке с помощью моторизованного позиционера между поворотным зеркалом для обратного рассеяния и четвертой диафрагмой с возможностью подачи через аттестованный фильтр калиброванной доли лазерного излучения для анализа в блок обработки данных и управления моторизованным позиционером.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the optoelectronic unit contains a calibration mirror, which is installed during calibration using a motorized positioner between a rotary mirror for backscattering and a fourth diaphragm with the possibility of supplying through a certified filter a calibrated fraction of laser radiation for analysis in the data processing unit and control motorized positioner.

На чертеже представлены:The drawing shows:

на фиг. 1 - функциональная схема устройства для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов совместно с измеряемым зеркалом, одномодовым лазером и блоком обработки данных и управления моторизованным позиционером;in FIG. 1 is a functional diagram of a device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyro sensors in conjunction with a measured mirror, a single-mode laser, and a data processing and control unit for a motorized positioner;

на фиг. 2 - поле зрения цифровой видеокамеры блока обработки данных до (а) и после (б) юстировки положения третей, четвертой и пятой диафрагм (окружностью выделена зона полезного сигнала обратного рассеяния от измеряемого зеркала 11);in FIG. 2 - field of view of a digital video camera of a data processing unit before (a) and after (b) adjusting the position of the third, fourth and fifth diaphragms (the area of the useful backscattering signal from the measured mirror 11 is marked with a circle);

на фиг. 3 - диаграмма обратного рассеяния лазерного излучения в интерференционных зеркалах TiO2/SiO2, регистрируемая при вращении измеряемого зеркала (исследуемого образца).in FIG. 3 is a diagram of the backscattering of laser radiation in TiO2 / SiO2 interference mirrors, recorded during rotation of the measured mirror (the sample under study).

На фиг. 1 обозначены:In FIG. 1 marked:

1 - одномодовый (например He-Ne) лазер, 2 - электро-механический прерыватель, 3 - первое поворотное зеркало, 4 - оптический фильтр (ослабитель оптического излучения), 5 - второе поворотное зеркало, 6 - первая линза, 7 - первая диафрагма, 8 - вторая линза, 9 - третья линза, 10 - поворотное зеркало для обратного рассеяния, 11 - измеряемое зеркало, 12 - моторизованный позиционер, 13 - цифровая видеокамера блока обработки данных, 14 - светоделительная пластина, 15 - фотоприемник рассеянного излучения блока обработки данных, 16 - пятая диафрагма, 17 - третья диафрагма, 18 - вторая диафрагма, 19 - четвертая диафрагма, 20 - поглотитель отраженного излучения, 21 - калибровочное зеркало, 22 - оптоэлектронный блок, 23 - микроконтроллер блока обработки данных и управления моторизованным позиционером, 24 - компьютер блока обработки данных и управления моторизованным позиционером.1 - single-mode (e.g. He-Ne) laser, 2 - electro-mechanical chopper, 3 - first rotary mirror, 4 - optical filter (optical radiation attenuator), 5 - second rotary mirror, 6 - first lens, 7 - first diaphragm, 8 - a second lens, 9 - a third lens, 10 - a swivel mirror for backscattering, 11 - a measured mirror, 12 - a motorized positioner, 13 - a digital video camera of a data processing unit, 14 - a beam splitter plate, 15 - a photodetector of scattered radiation of the data processing unit, 16 - fifth aperture, 17 - third aperture, 18 - WTO Single diaphragm 19 - fourth aperture, 20 - absorber reflected radiation, 21 - gauge mirror, 22 - an optoelectronic block 23 - microcontroller and data processing unit controls a motorized positioner 24 - computer processing unit and control a motorized positioner.

Устройство для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов содержит оптоэлектронный блок 22, в котором установлено измеряемое зеркало 11, закрепленное на моторизованном позиционере 12, выполненным с возможностью управления сигналом от блока обработки данных и управления моторизованным позиционером, содержащем микроконтроллер 23 блока обработки данных и управления моторизованным позиционером и компьютер 24 блока обработки данных и управления моторизованным позиционером.A device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscope sensors contains an optoelectronic unit 22, in which a measured mirror 11 is mounted, mounted on a motorized positioner 12, configured to control a signal from a data processing unit and control a motorized positioner containing a microcontroller 23 of the data processing unit and controlling a motorized positioner and a computer 24 of a data processing unit and controlling a motorized positioner.

Кроме того, в устройстве для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов моторизованный позиционер выполнен в виде сканера вращения, обеспечивающего перемещение зоны воздействия излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало при неизменном угле падения излучения.In addition, in the device for measuring backscattering in the interference mirrors of laser gyroscopes sensors, the motorized positioner is made in the form of a rotation scanner, which provides the movement of the radiation zone of a single-mode laser on the measured mirror at a constant angle of incidence of radiation.

Кроме того, в устройстве для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов третья линза закреплена на механической подставке, обеспечивающей ее плавную юстировку в плоскости, перпендикулярной оптической оси.In addition, in the device for measuring backscattering in the interference mirrors of the laser gyroscope sensors, the third lens is mounted on a mechanical stand, ensuring its smooth adjustment in the plane perpendicular to the optical axis.

Устройство для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов содержит также установленные последовательно на одной оптической оси и обеспечивающие падение оптического излучения на измеряемое зеркало 11 под углом 45° от одномодового лазера первое поворотное зеркало 3, оптический фильтр 4, второе поворотное зеркало 5, первую линзу 6, первую диафрагму 7, вторую линзу 8, третью линзу 9 и вторую диафрагму 18, размещенную у входа подачи излучения одномодового лазера в оптоэлектронный блок 22.A device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscopes sensors also contains a first rotary mirror 3, an optical filter 4, a second rotary mirror 5, the first one, which are mounted in series on the same optical axis and provide optical radiation to fall on the measured mirror 11 at an angle of 45 ° from a single-mode laser lens 6, the first diaphragm 7, the second lens 8, the third lens 9 and the second diaphragm 18, located at the input of the radiation of a single-mode laser in the optoelectronic unit 22.

Помимо указанного выше, устройство для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов содержит фотоприемник 15 рассеянного излучения, поглотитель 20 отраженного излучения, третью диафрагму 17, установленную на выходе отраженного излучения оптоэлектронного блока 22 и оптически связанная с поглотителем 20 отраженного излучения.In addition to the above, a device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscope sensors includes a scattered radiation photodetector 15, a reflected radiation absorber 20, a third diaphragm 17 mounted at the reflected radiation output of the optoelectronic unit 22 and optically coupled to the reflected radiation absorber 20.

Устройство для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов содержит также электромеханический прерыватель 2, установленный перед первым поворотным зеркалом 3 и выполненный с возможностью подачи на его вход излучения одномодового лазера 1, и последовательно установленные в оптоэлектронном блоке 22 на одной оптической оси поворотное зеркало 10 для обратного рассеяния, выполненное с центральным отверстием для обеспечения возможности подачи через него оптического излучения одномодового лазера от второй диафрагмы 8, и четвертую диафрагму 19, выполненную с возможностью подачи излучения одномодового лазера на измеряемое зеркало 11.A device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscope sensors also contains an electromechanical chopper 2, mounted in front of the first rotary mirror 3 and configured to supply radiation of a single-mode laser 1 to its input, and a rotary mirror 10 mounted in series in the optoelectronic unit 22 on the same optical axis for backscattering, made with a central hole to enable the optical radiation of a single-mode laser to be fed through it from the second diaphragm 8, and the fourth diaphragm 19, configured to supply radiation from a single-mode laser to the measured mirror 11.

Кроме того, устройство для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов имеет в своем составе последовательно установленные на одной оптической оси пятую диафрагма 16, установленную на выходе отраженного от поворотного зеркала 10 для обратного рассеяния, светоделительную пластину 14, выполненную с возможностью одновременной подачи отраженного излучения в фотоприемник 15 и цифровую видеокамеру 13 блока обработки данных.In addition, the device for measuring backscattering in the interference mirrors of laser gyroscopes sensors incorporates a fifth diaphragm 16 sequentially mounted on the same optical axis and mounted at the output of the backscatter reflected from the rotary mirror 10, a beam splitting plate 14 capable of simultaneously supplying the reflected radiation to the photodetector 15 and the digital video camera 13 of the data processing unit.

Устройство для измерения обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов используется следующим образом.A device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyro sensors is used as follows.

Для определенности рассмотрим частный случай, когда устройство используется для исследований характеристик лазерных зеркал на подложках из плавленого кварца, оптического ситалла марки СО-115М или стеклокерамик Clearceram и Zerodur диаметром 30 мм и толщиной 4 мм.For definiteness, let us consider a particular case when the device is used to study the characteristics of laser mirrors on fused silica substrates, optical glass ceramic of the СО-115М grade or Clearceram and Zerodur glass ceramics with a diameter of 30 mm and a thickness of 4 mm.

Одномодовый He-Ne лазер 1 мощностью 15 мВт служит источником оптического излучения с длиной волны 633 нм, которое направляется в оптоэлектронный блок 22 с измеряемым зеркалом 11 (исследуемым образцом) посредством зеркал первого 3 и второго 5 поворотных зеркал. По ходу следования лазерного луча установлены электромеханический прерыватель 2 и оптический фильтр 4 (ослабитель оптического излучения).A single-mode He-Ne laser 1 with a power of 15 mW serves as a source of optical radiation with a wavelength of 633 nm, which is sent to the optoelectronic unit 22 with a measured mirror 11 (a test sample) through the mirrors of the first 3 and second 5 rotary mirrors. In the course of the laser beam, an electromechanical chopper 2 and an optical filter 4 (optical radiation attenuator) are installed.

Первая 6 и вторая 8 линзы, являющимися конфокальными, образуют формирователь пучка лазерного излучения. В области перетяжки расположена первая диафрагма 7 диаметром 200 мкм, которая ограничивает гауссовый пучок, создавая преграду рассеянному лазерному и фоновому излучению в направлении измеряемого зеркала 11. Дополнительная защита от нежелательной засветки обеспечивается второй 18 и четвертой 19 диафрагмами непосредственно на входе и выходе лазерного луча.The first 6 and second 8 lenses, which are confocal, form a laser beam former. The first diaphragm 7 with a diameter of 200 μm is located in the waist region, which limits the Gaussian beam, creating a barrier to scattered laser and background radiation in the direction of the measured mirror 11. Additional protection against unwanted illumination is provided by the second 18 and fourth 19 diaphragms directly at the input and output of the laser beam.

Для фокусировки излучения на измеряемое зеркало 11 (исследуемый образец) служит третья линза 9. Диаметр лазерного пучка в зоне воздействия на измеряемое зеркало 11 составляет 0,6 мм. Третья линза 9 закреплена на механической подставке, обеспечивающей ее плавную юстировку в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Тем самым достигается выбор исследуемой области на поверхности образа с точностью 0,05 мм.To focus the radiation on the measured mirror 11 (the test sample), the third lens 9 is used. The diameter of the laser beam in the zone of influence on the measured mirror 11 is 0.6 mm. The third lens 9 is mounted on a mechanical stand, providing smooth adjustment in a plane perpendicular to the optical axis. Thereby, the choice of the studied region on the image surface with an accuracy of 0.05 mm is achieved.

На пути следования лазерного пучка расположено зеркало 10 с центральным отверстием с диаметром около 2 мм. Зеркало расположено под углом 45° таким образом, что отражает обратное рассеяние от исследуемого зеркала 11 через пятую диафрагму 16 на светоделительную пластину 14, выполненную с возможностью подачи отраженного излучения в цифровую видеокамеру 13 и фотоприемник 15 рассеянного излучения.On the path of the laser beam there is a mirror 10 with a central hole with a diameter of about 2 mm. The mirror is positioned at an angle of 45 ° in such a way that it reflects backscattering from the studied mirror 11 through the fifth diaphragm 16 to the beam splitter plate 14, which is configured to supply reflected radiation to the digital video camera 13 and the scattered radiation photodetector 15.

Измеряемое зеркало (исследуемый образец) 11 устанавливается под углом 45° к лучу лазерного излучения. Моторизованный позиционер 12 обеспечивает вращение измеряемого зеркала 11 во время измерений. Поглотитель 20 отраженного излучения 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. Качество юстировки устройства является важным фактором устранения помех посторонних источников света для обеспечения достоверности и точности измерений. Решение этой задачи обеспечивается настройкой положения пятой 16 и третьей 17 диафрагм и полупрозрачного зеркала 10. Индикатором достигнутого результата при этом служит картина, регистрируемая цифровой видеокамерой 13 (фиг. 2).The measured mirror (test sample) 11 is installed at an angle of 45 ° to the laser beam. A motorized positioner 12 rotates the measured mirror 11 during measurements. The absorber 20 of the reflected radiation is a dark glass plate, the location of which with respect to the incident beam is selected taking into account the minimization of light interference from the radiation reflected by its surface. A plate with high quality surface polishing is used. The quality of the device alignment is an important factor in eliminating interference from extraneous light sources to ensure the reliability and accuracy of measurements. The solution to this problem is provided by adjusting the position of the fifth 16 and third 17 apertures and a translucent mirror 10. An indicator of the achieved result is the picture recorded by the digital video camera 13 (Fig. 2).

Абсолютная величина обратного рассеяния лазерного излучения регистрируется фотоприемником 15 рассеянного излучения, выполненного, например, в виде фотоэлектронного умножителя H10493-011 фирмы Hamamatsu, управление которым и обработка выходного сигнала которого производится микроконтроллером 23 блока обработки данных и управления моторизованным позиционером, сопряженным с компьютером 24 блока обработки данных и управления моторизованным позиционером.The absolute value of the backscattering of laser radiation is recorded by the scattered radiation photodetector 15, made, for example, in the form of a Hamamatsu photomultiplier H10493-011, which is controlled and processed by the microcontroller 23 of the data processing and control unit of the motorized positioner coupled to the computer 24 of the processing unit data and control motorized positioner.

Геометрические параметры оптической схемы устройства обеспечивают регистрацию обратного рассеяния в телесном угле Δ=0,6⋅10^-3 стерадиан. Устройство оказывается нечувствительной к внешней засветке и допускает эксплуатацию в помещении при уровнях освещенности до 250 лк.The geometric parameters of the optical circuit of the device provide registration of backscattering in a solid angle Δ = 0.6⋅10 ^-3 steradian. The device is insensitive to external illumination and can be used indoors at light levels of up to 250 lux.

Проведение измерений на установке предусмотрено в автоматическом режиме по специальной программе, от которой оператору поступают запросы по выбору формата анализа или типа презентации данных.Measurements at the installation are provided in automatic mode according to a special program, from which the operator receives requests for the choice of analysis format or type of data presentation.

Первоначальной процедурой является калибровка метрологической установки, которая предусматривает регистрацию отклика измерительной системы при воздействии дозированного уровня лазерного излучения. Это реализуется с использованием калибровочного зеркала 21. Оно устанавливается по ходу оптического излучения таким образом, чтобы направить ослабленное оптическим фильтром (ослабителем оптического излучения) 4 оптическое излучение напрямую в фотоприемник 15.The initial procedure is the calibration of the metrological installation, which provides for the registration of the response of the measuring system when exposed to a dosed level of laser radiation. This is realized using calibration mirror 21. It is installed along the optical radiation in such a way as to direct the optical radiation attenuated by the optical filter (optical radiation attenuator) 4 directly to the photodetector 15.

При калибровке под воздействием оптического излучения с интенсивностью I при общем коэффициенте пропускания ослабителя τ регистрируется сигнал U_к=α_к⋅I⋅τ, где τ удобно выражать в ppm (1=10^-6).When calibrating under the influence of optical radiation with intensity I for a total attenuation coefficient of the attenuator τ, a signal U _к = α _to ⋅I⋅τ is recorded, where τ is conveniently expressed in ppm (1 = 10 ^-6 ).

Аналогично сигнал, регистрируемый при измерениях обратного рассеяния величиной k (доли от падающего излучения), может быть представлен как U_и=α_и⋅I⋅k.Similarly, the signal recorded during backscattering measurements of k (fractions of the incident radiation) can be represented as U _and = α _and ⋅I⋅k.

В обоих случаях α_к и α_и - коэффициенты пропорциональности, величины которых определяются напряжениями, приложенными к фотоприемнику 15.In both cases, α _к and α _and are proportionality coefficients, the values of which are determined by the voltages applied to the photodetector 15.

Соответственно, значение обратного рассеяния излучения (в единицах ppm) для исследуемого образца может быть найдено по формуле: k=(U_и/U_к)⋅(α_к/α_и)⋅τ.Accordingly, the value of the backscattering of radiation (in ppm units) for the test sample can be found by the formula: k = (U _and / U _к ) ⋅ (α _к / α _и ) ⋅τ.

Широкий диапазон калибровок по уровню интенсивности оптического излучения (до 9 порядков) обеспечивается разными установками оптического ослабителя, состоящего, в частности, из 8 светофильтров.A wide range of calibrations in terms of the intensity of optical radiation (up to 9 orders of magnitude) is provided by different settings of the optical attenuator, which consists, in particular, of 8 filters.

Использование предложенного устройства для контроля величины обратного рассеяния и выработки рекомендаций по оптимальной ориентации зеркала способствует повышению качества сборки кольцевых лазеров, достижению более высоких параметров приборов при сравнимых характеристиках используемых оптических элементов. Высокая степень автоматизации, компьютерное управления процессами измерений обеспечивают высокую производительность установки, делают удобным ее использование в условиях массового производства датчиков лазерных гироскопов.Using the proposed device to control the backscattering value and make recommendations on the optimal orientation of the mirror helps to improve the quality of assembly of ring lasers, to achieve higher instrument parameters with comparable characteristics of the used optical elements. A high degree of automation and computer control of the measurement processes ensure high installation performance and make it convenient to use in conditions of mass production of laser gyroscope sensors.

Таким образом, предложенное устройство позволяет достичь требуемый технический результат, который заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для измерений обратного рассеяния в интерференционных зеркалах датчиков лазерных гироскопов и повышении точности, достоверности и качества измерений.Thus, the proposed device allows to achieve the required technical result, which consists in expanding the arsenal of technical means for measuring backscattering in the interference mirrors of laser gyroscopes and increasing the accuracy, reliability and quality of measurements.

Claims

1. A device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscopes sensors, containing an optoelectronic unit, in which a measured mirror is mounted, mounted on a motorized positioner, configured to control the signal from the data processing unit and control the motorized positioner in the form of a rotation scanner that provides movement of the zone the effects of single-mode laser radiation on the measured mirror at a constant angle of incidence of radiation, installed sequentially on one optical axis and providing a drop of optical radiation on the measured mirror at an angle of 45 ° from a single-mode laser, the first rotary mirror, optical filter, second rotary mirror, first lens, first diaphragm, second lens, third lens and second diaphragm located at the input of single-mode radiation laser into the optoelectronic unit, as well as a scattered-radiation photodetector, an absorber of reflected radiation, a third diaphragm mounted at the output of the reflected radiation of the optoelectronic unit and optically knitted with an absorber of reflected radiation, characterized in that an electromechanical chopper is installed, installed in front of the first rotary mirror and configured to supply radiation of a single-mode laser to its input, sequentially mounted in the optoelectronic unit on one optical axis, a rotary mirror for backscattering, made with a Central hole with the possibility of supplying through it the optical radiation of a single-mode laser from the second diaphragm, and the fourth diaphragm, made with possible the ability to feed the radiation of a single-mode laser to the measured mirror, a beam splitter plate mounted behind the fifth diaphragm on the optical axis of the reflected radiation from the rotary mirror at the output of the optoelectronic unit, configured to simultaneously supply the reflected radiation to the photodetector and digital video camera of the data processing unit.

2. A device for measuring backscattering in interference mirrors of laser gyroscopes sensors according to claim 1, characterized in that the optoelectronic unit comprises a calibration mirror mounted between the translucent mirror and the fourth diaphragm and configured to supply a calibrated fraction of the laser radiation of the optical signal for analysis to the data processing unit.