RU2141621C1

RU2141621C1 - Interferometric device to measure physical parameters of clear layers ( versions )

Info

Publication number: RU2141621C1
Application number: RU98102684A
Authority: RU
Inventors: В.В. Иванов; Е.В. Катин; В.А. Маркелов; М.А. Новиков; А.Д. Тертышник
Original assignee: Иванов Вадим Валерьевич; Катин Евгений Васильевич; Маркелов Вадим Арсеньевич; Новиков Михаил Афанасьевич; Тертышник Анатолий Данилович
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: measurement technology, contact-free measurement of thickness and refractive index of clear layers. SUBSTANCE: proposed device can be used for continuous contact-free test of thickness of polished glass at " hot " stages of its production. Developed device makes it feasible to increase precision of measurement of physical parameters of clear layers under conditions when measured layer or its environment are under effects of high or low temperature, vibrations, heavy electric and magnetic fields or other factors that hinder operation of precision measurement devices. With this in mind interferometric device incorporating source of coherent light, modulator of optical path, beam splitter and photodetector in inserted in agreement with first version with mobile semitransparent mirror and length of optical fiber. Length of optical fiber is positioned between beam splitter and measured layer. End of optical fiber is optically coupled to measured layer. In accordance with second version of design of device there is inserted second beam splitter optically coupled to modulator of optical path and additional mobile mirror, length of optical fiber is inserted between beam splitter and measured layer whose end is optically coupled to measured layer. Interference picture is formed in plane of photodetector thanks to reflection from front and rear surfaces of layer. Constancy of product of thickness of measured layer by its refractive index can be maintained by results of analysis of Fourier spectrum of photoelectric current. EFFECT: increased precision of measurement of physical parameters of clear layers. 5 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике, а именно к оптическим интерферометрам, и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины и показателя преломления прозрачных слоев, а также физических величин, от которых зависят вышеуказанные параметры, в частности температуры, давления и т.д. Устройство может быть использовано, например, для непрерывного бесконтактного контроля толщины полированного стекла на "горячих" стадиях его производства, при температурах 500 - 600^oC.The proposed device relates to measuring equipment, namely to optical interferometers, and can be used for non-contact measurement of the thickness and refractive index of transparent layers, as well as physical quantities on which the above parameters depend, in particular temperature, pressure, etc. The device can be used, for example, for continuous non-contact control of the thickness of polished glass at the "hot" stages of its production, at temperatures of 500 - 600 ^o C.

Задача непрерывного бесконтактного измерения толщины и показателя преломления прозрачных слоев возникает при производстве стекла, полимерных пленок и в ряде других технологических процессов. Так, при производстве полированного стекла толщину стеклянной ленты необходимо контролировать с точностью порядка 0.1 мм, причем этот контроль следует осуществлять на тех стадиях производства, когда стекло еще мягкое и возможный брак может быть исправлен. Это означает, что температура стекла в зоне контроля должна быть не ниже 500^oC600^oC. Таким образом, измерительное устройство должно работать в условиях высокой температуры, в нестационарной турбулентной среде, создаваемой восходящими потоками раскаленного воздуха; кроме того, могут присутствовать такие факторы, как вибрация, электромагнитные помехи и т.д. В отечественной стекольной промышленности задача непрерывного контроля толщины стекла на "горячих" стадиях производства до сих пор не решена. Контроль толщины осуществляется на холодном стекле, выборочно, вручную, поэтому брак может быть лишь обнаружен, но не устранен. Непрерывный контроль толщины "горячего" стекла позволил бы существенно уменьшить долю брака и повысить качество выпускаемой продукции.The task of continuous non-contact measurement of the thickness and refractive index of transparent layers arises in the production of glass, polymer films and in a number of other technological processes. So, in the production of polished glass, the thickness of the glass tape must be controlled with an accuracy of about 0.1 mm, and this control should be carried out at those stages of production when the glass is still soft and possible defect can be corrected. This means that the temperature of the glass in the control zone should not be lower than 500 ^o C600 ^o C. Thus, the measuring device must work in high temperature conditions, in an unsteady turbulent environment created by rising flows of hot air; In addition, factors such as vibration, electromagnetic interference, etc. may be present. In the domestic glass industry, the problem of continuous monitoring of glass thickness at the "hot" stages of production has not yet been solved. Thickness control is carried out on cold glass, selectively, manually, so the marriage can only be detected, but not eliminated. Continuous monitoring of the thickness of the "hot" glass would significantly reduce the defect rate and improve the quality of products.

Известно устройство для непрерывного бесконтактного измерения толщины ленты стекла, выпускаемое фирмой "Beta Instrument Europe", основанное на освещении измеряемого слоя пучком света, падающим на измеряемый слой под определенным углом, отличным от прямого, и измерении расстояния между пучками, отраженными от передней и задней поверхностей измеряемого слоя (D.Buelens, Float glass thickness measurement new system. Automotive Glass, 2/90, pp. 37-40). Устройство содержит пару идентичных измерительных головок, каждая из которых включает He-Ne лазер в качестве источника света и ПЗС- камеру в качестве приемника излучения. Головки могут быть удалены от измеряемого слоя не более чем на 55 мм. Диапазон рабочих температур измерительной головки лежит в пределах от -40 до +40^oC. При температуре окружающей среды более +75^oC необходимо использовать систему жидкостного охлаждения, которой снабжена каждая из головок.A device for continuous non-contact measurement of the thickness of a glass tape, manufactured by Beta Instrument Europe, is based on illuminating the measured layer with a beam of light incident on the measured layer at a certain angle other than right, and measuring the distance between the beams reflected from the front and rear surfaces measurement layer (D.Buelens, Float glass thickness measurement new system. Automotive Glass, 2/90, pp. 37-40). The device contains a pair of identical measuring heads, each of which includes a He-Ne laser as a light source and a CCD camera as a radiation receiver. The heads can be removed from the measured layer by no more than 55 mm. The operating temperature range of the measuring head lies in the range from -40 to +40 ^o C. At an ambient temperature of more than +75 ^o C, it is necessary to use the liquid cooling system that each head is equipped with.

Основными недостатками устройства являются его низкая точность и недостаточная надежность при измерении толщины "горячего" стекла. Основная причина этих недостатков заключается в том, что лучи, отраженные от поверхностей измеряемого слоя, разделены в пространстве и распространяются по разным путям. Случайные некоррелированные искажения траекторий этих лучей при их прохождении сквозь турбулентную воздушную прослойку между раскаленным до 600^oC стеклом и приемником излучения приводят к флюктуациям расстояния между лучами на входе ПЗС-камеры. Амплитуда этих флюктуаций (и, следовательно, погрешность измерений) растет по мере увеличения расстояния между измерительной головкой и измеряемым слоем. Это приводит к необходимости размещать измерительную головку в непосредственной близости от измеряемого слоя (на расстоянии нескольких сантиметров) и тем самым подвергать ее воздействию всех неблагоприятных факторов "горячего" производства, в первую очередь, высокой температуры. В результате устройство оказывается практически неработоспособным: во-первых, оно не обеспечивает требуемой точности, а во-вторых, не позволяет осуществлять непрерывных измерений, поскольку работу периодически приходится прерывать из-за перегрева измерительных головок.The main disadvantages of the device are its low accuracy and lack of reliability when measuring the thickness of the "hot" glass. The main reason for these shortcomings is that the rays reflected from the surfaces of the measured layer are separated in space and propagate in different ways. Random uncorrelated distortions of the trajectories of these rays as they pass through the turbulent air gap between the glass heated to 600 ^o C and the radiation receiver lead to fluctuations in the distance between the rays at the input of the CCD camera. The amplitude of these fluctuations (and, consequently, the measurement error) increases with increasing distance between the measuring head and the measured layer. This leads to the need to place the measuring head in the immediate vicinity of the measured layer (at a distance of several centimeters) and thereby expose it to all adverse factors of "hot" production, especially high temperature. As a result, the device turns out to be practically inoperative: firstly, it does not provide the required accuracy, and secondly, it does not allow continuous measurements, since the work periodically has to be interrupted due to overheating of the measuring heads.

Недостатки аналога частично преодолены в интерферометрическом устройстве для реализации способа измерения физических констант прозрачных слоев (заявка Японии N 56-6482, М.кл³. G 01 B 11/06, G 01 N 21/45, публикация 1981 г. ), которое содержит расположенные последовательно, оптически связанные низкокогерентный источник света, первый светоделитель и второй светоделитель, оптически связанный с первым светоделителем через измеряемый слой. Со вторым светоделителем оптически связаны: модулятор оптического пути, выполненный в виде глухого зеркала, эталонная пластина с известной толщиной и показателем преломления, и фотодетектор. Источник света и первый светоделитель ориентированы относительно измеряемого слоя таким образом, что свет падает на измеряемый слой под прямым углом. Излучение источника света при отражении от измеряемого слоя делится на две части, каждая из которых в свою очередь делится на три части в интерферометре, образованном вторым светоделителем, модулятором оптического пути и эталонной пластиной. Таким образом, в данном устройстве смешиваются и интерферируют шесть волн, образуя весьма сложную интерференционную картину, из анализа которой находится искомое произведение показателя преломления и толщины измеряемого слоя.The disadvantages of the analogue are partially overcome in an interferometric device for implementing the method of measuring the physical constants of transparent layers (Japanese application N 56-6482, Mcl ^3. G 01 B 11/06, G 01 N 21/45, publication 1981), which contains located in series, optically coupled to a low coherent light source, a first beam splitter and a second beam splitter, optically coupled to the first beam splitter through the measured layer. They are optically coupled to the second beam splitter: an optical path modulator made in the form of a blind mirror, a reference plate with a known thickness and refractive index, and a photo detector. The light source and the first beam splitter are oriented relative to the measured layer so that light is incident on the measured layer at right angles. The radiation of a light source upon reflection from the measured layer is divided into two parts, each of which in turn is divided into three parts in an interferometer formed by a second beam splitter, an optical path modulator and a reference plate. Thus, in this device six waves are mixed and interfered, forming a very complex interference pattern, from the analysis of which the desired product of the refractive index and the thickness of the measured layer is found.

Поскольку свет падает на измеряемый слой под прямым углом, пути лучей, отраженных от передней и задней поверхностей измеряемого слоя, совпадают, вследствие чего нестационарность и неоднородность среды между первым светоделителем и измеряемым слоем не оказывают влияния на работу устройства: фазовые набеги, приобретаемые обеими волнами на пути от измеряемого слоя до первого светоделителя, всегда одинаковы. Таким образом, в прототипе устраняется один из основных недостатков аналога: влияние оптических свойств окружающей измеряемый слой среды на точность измерений. Since light falls on the measured layer at a right angle, the paths of the rays reflected from the front and back surfaces of the measured layer coincide, as a result of which the non-stationary and inhomogeneous medium between the first beam splitter and the measured layer do not affect the operation of the device: phase raids acquired by both waves on the paths from the measured layer to the first beam splitter are always the same. Thus, the prototype eliminates one of the main disadvantages of the analogue: the influence of the optical properties of the medium being measured layer on the measurement accuracy.

Основным недостатком прототипа является недостаточная точность измерений физических констант прозрачных слоев в случаях, когда условия в зоне измерений являются неблагоприятными для работы прецизионных измерительных устройств. Этот недостаток обусловлен двумя причинами. Одна из них связана с тем, что измеряемый слой должен находиться в пределах прямой видимости первого светоделителя, т.е. на расстоянии не более нескольких метров от него. Если измеряемый слой находится в условиях высокой или низкой температуры, вибраций, электромагнитных помех или других неблагоприятных факторов, измерительное устройство будет в полной мере подвергаться действию этих факторов. Это может ухудшить работу устройства или сделать ее невозможной. Вторая причина заключается в том, что световая мощность распределяется между большим числом (шестью) интерферирующими волнами, в результате чего снижается контрастность наблюдаемой интерференционной картины, что также может привести к уменьшению точности измерений. The main disadvantage of the prototype is the lack of accuracy of measurements of the physical constants of the transparent layers in cases where the conditions in the measurement zone are unfavorable for the operation of precision measuring devices. This drawback is due to two reasons. One of them is related to the fact that the measured layer should be within the line of sight of the first beam splitter, i.e. at a distance of no more than a few meters from it. If the measured layer is in conditions of high or low temperature, vibration, electromagnetic interference or other adverse factors, the measuring device will be fully exposed to these factors. This may impair the operation of the device or make it impossible. The second reason is that the light power is distributed between a large number (six) of interfering waves, resulting in a decrease in the contrast of the observed interference pattern, which can also lead to a decrease in the measurement accuracy.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности интерферометрического устройства для измерения физических параметров прозрачных слоев в условиях, когда измеряемый слой или окружающая его среда находятся под воздействием высокой или низкой температуры, вибраций, акустических шумов, сильных электрических и магнитных полей, или других факторов, затрудняющих работу прецизионных измерительных устройств. The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of the interferometric device for measuring the physical parameters of transparent layers under conditions when the measured layer or its environment is exposed to high or low temperature, vibration, acoustic noise, strong electric and magnetic fields, or other factors that impede the operation of precision measuring devices.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что предлагаемое интерферометрическое устройство для измерения физических параметров прозрачных слоев, так же, как и устройство-прототип, содержит источник света, светоделитель, модулятор оптического пути и фотодетектор, входящий в систему регистрации выходного сигнала. This technical result is achieved due to the fact that the proposed interferometric device for measuring the physical parameters of transparent layers, like the prototype device, contains a light source, a beam splitter, an optical path modulator and a photo detector included in the output signal registration system.

Новым в первом варианте конструкции предлагаемого устройства является то, что модулятор оптического пути, выполненный в виде полупрозрачной пластины, установлен непосредственно за источником света, между модулятором оптического пути и светоделителем дополнительно введено подвижное полупрозрачное зеркало, выполненное с возможностью перемещения вдоль направления распространения отражаемого им света и снабженное датчиком положения, входящим в систему регистрации выходного сигнала, а между светоделителем и измеряемым слоем расположен отрезок оптического волокна, конец которого, оптически связанный с измеряемым слоем, ориентирован таким образом, что отраженный от измеряемого слоя свет направляется обратно в упомянутый отрезок оптического волокна. New in the first embodiment of the design of the proposed device is that the optical path modulator, made in the form of a translucent plate, is installed directly behind the light source, between the optical path modulator and the beam splitter, a movable translucent mirror is additionally inserted, made to move along the propagation direction of the light reflected by it and equipped with a position sensor included in the output signal registration system, and located between the beam splitter and the measured layer n piece of optical fiber end is optically coupled with the measured bed oriented so that the reflected light from the layer to be measured is directed back into said segment of optical fiber.

Новым во втором варианте конструкции предлагаемого устройства является то, что между источником света и первым светоделителем дополнительно введен второй светоделитель, оптически связанный с упомянутым модулятором оптического пути и с дополнительно введенным подвижным зеркалом, выполненным с возможностью перемещения вдоль направления распространения отражаемого им света и снабженным датчиком положения, входящим в систему регистрации выходного сигнала, а между первым светоделителем и измеряемым слоем расположен отрезок оптического волокна, конец которого, оптически связанный с измеряемым слоем, ориентирован таким образом, что отраженный от измеряемого слоя свет направляется обратно в упомянутый отрезок оптического волокна. New in the second embodiment of the proposed device is that between the light source and the first beam splitter, a second beam splitter is additionally introduced, optically coupled to said optical path modulator and with an additionally introduced movable mirror, adapted to move along the propagation direction of the light reflected by it and equipped with a position sensor that is part of the output signal registration system, and between the first beam splitter and the measured layer there is an optical segment a fiber end is optically coupled with the measured bed oriented so that the reflected light from the layer to be measured is directed back into said segment of optical fiber.

В частном случае использования второго варианта конструкции предлагаемого устройства, когда материал измеряемого слоя обладает заметной частотной дисперсией, для увеличения точности измерения физических параметров прозрачных слоев целесообразно ввести во второй вариант конструкции устройства компенсационный клин, выполненный с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению распространения света, и изготовленный из материала, близкого по оптическим свойствам к материалу измеряемого слоя. In the particular case of using the second design option of the proposed device, when the material of the measured layer has a noticeable frequency dispersion, to increase the accuracy of measuring the physical parameters of the transparent layers, it is advisable to introduce a compensation wedge in the second embodiment of the device design, which can move in a direction perpendicular to the direction of light propagation, and made of a material close in optical properties to the material of the measured layer.

В частном случае реализации устройства по п. 1 или п.2 в систему регистрации выходного сигнала могут быть введены: селективный усилитель, электрически связанный с фотодетектором, синхронный детектор, первый вход которого электрически связан с селективным усилителем, генератор модулирующего сигнала, электрически связанный с модулятором оптического пути и со вторым входом синхронного детектора, схема управления механизмом перемещения, электрически связанная с выходом синхронного детектора, и механизм перемещения подвижного зеркала, электрически связанный со схемой управления механизмом перемещения. In the particular case of implementing the device according to claim 1 or claim 2, the following can be entered into the output signal registration system: a selective amplifier electrically coupled to a photodetector, a synchronous detector, the first input of which is electrically connected to a selective amplifier, a modulating signal generator electrically connected to a modulator optical path and with the second input of the synchronous detector, a control circuit of the movement mechanism, electrically connected with the output of the synchronous detector, and a mechanism for moving the moving mirror, ctrically coupled to a movement control circuit.

На фиг. 1 представлена блок-схема первого варианта конструкции предлагаемого устройства, соответствующего п. 1 формулы изобретения. In FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a device according to claim 1.

На фиг. 2 представлена блок-схема второго варианта конструкции предлагаемого устройства, соответствующего п.2 формулы изобретения. In FIG. 2 shows a block diagram of a second embodiment of the device according to claim 2.

На фиг. 3 представлена блок-схема второго варианта конструкции предлагаемого устройства, соответствующего п.3 формулы изобретения. In FIG. 3 presents a block diagram of a second embodiment of the proposed device corresponding to claim 3 of the claims.

На фиг. 4 представлена блок-схема одного из вариантов предлагаемого устройства, соответствующего п.4 формулы изобретения. In FIG. 4 is a block diagram of one embodiment of the device according to claim 4.

На фиг. 5 представлены осциллограмма разности хода интерферирующих волн и осциллограмма фототока, вырабатываемого фотодетектором в процессе измерения физических параметров прозрачного слоя. In FIG. Figure 5 shows the oscillogram of the difference in the course of the interfering waves and the oscillogram of the photocurrent generated by the photodetector in the process of measuring the physical parameters of the transparent layer.

Конструкция первого варианта устройства (см. фиг. 1) содержит расположенные последовательно, оптически связанные источник света 1, модулятор оптического пути 2, изготовленный в виде полупрозрачного зеркала, выполненного с возможностью совершать колебания вдоль направления распространения отражаемого им света, подвижное зеркало 3, выполненное с возможностью перемещения вдоль направления распространения отражаемого им света и снабженное датчиком положения 4, светоделитель 5, отрезок оптического волокна 6, измеряемый слой 7, а также систему регистрации полезного сигнала, включающую фотодетектор 8, оптически связанный со светоделителем 5. Модулятор оптического пути 2 ориентирован так, что направление распространения света при отражении от него изменяется на противоположное. Зеркало 3 ориентировано так, что направление распространения света при отражении от него изменяется на противоположное. Отрезок оптического волокна 6 ориентирован так, что выходящий из него световой луч после отражения от поверхностей измеряемого слоя 7 направляется обратно в отрезок оптического волокна 6. Поверхности измеряемого слоя 7 должны быть настолько плоскими и параллельными друг другу, чтобы лучи, отраженные от передней и задней поверхностей, не разделялись в пространстве. Полезным сигналом устройства, равным произведению толщины и показателя преломления измеряемого слоя 7, является отсчет датчика положения 4. The design of the first embodiment of the device (see Fig. 1) contains a sequentially optically coupled light source 1, an optical path modulator 2, made in the form of a translucent mirror, made with the ability to oscillate along the direction of propagation of the light reflected by it, a movable mirror 3, made with the ability to move along the propagation direction of the light reflected by it and equipped with a position sensor 4, a beam splitter 5, a piece of optical fiber 6, a measured layer 7, and also a system registering a useful signal, including a photodetector 8, optically coupled to a beam splitter 5. The modulator of the optical path 2 is oriented so that the direction of light propagation when reflected from it changes to the opposite. Mirror 3 is oriented so that the direction of light propagation when reflected from it changes to the opposite. A segment of the optical fiber 6 is oriented so that the light beam emerging from it after reflection from the surfaces of the measured layer 7 is directed back to the segment of the optical fiber 6. The surfaces of the measured layer 7 should be so flat and parallel to each other that the rays reflected from the front and rear surfaces were not separated in space. A useful signal of the device, equal to the product of the thickness and the refractive index of the measured layer 7, is the reading of the position sensor 4.

В качестве источника света 1 может быть использован суперлюминесцентный диод, светодиод, или любой другой излучатель, продольная длина когерентности которого сравнима с длиной волны излучаемого им света. As a light source 1, a superluminescent diode, LED, or any other emitter, the longitudinal coherence length of which is comparable to the wavelength of the light emitted by it, can be used.

Модулятор оптического пути 2 изготовлен в виде полупрозрачного зеркала с непараллельными гранями, выполненного с возможностью совершать колебания в направлении распространения отражаемого им света. На грань, обращенную к источнику света 1, целесообразно нанести просветляющее покрытие. The optical path modulator 2 is made in the form of a translucent mirror with non-parallel faces, configured to oscillate in the direction of propagation of the light reflected by it. It is advisable to apply an antireflective coating to the face facing the light source 1.

Зеркало 3 выполнено полупрозрачным, с непараллельными гранями, на одну из которых (ту, что обращена к светоделителю 5) целесообразно нанести просветляющее покрытие. Mirror 3 is made translucent, with non-parallel faces, on one of which (the one facing the beam splitter 5) it is advisable to apply an antireflection coating.

В качестве датчика положения 4 могут быть использованы в зависимости от требуемой точности измерений механический микрометр, линейка с фотошаблоном, эталонный оптический интерферометр или любое другое устройство, позволяющее измерять расстояние между модулятором оптического пути 2 и подвижным зеркалом 3. Depending on the required measurement accuracy, a mechanical micrometer, a ruler with a photomask, a reference optical interferometer, or any other device that can measure the distance between the optical path modulator 2 and the movable mirror 3 can be used as a position sensor 4.

Светоделитель 5 выполняется с коэффициентом деления, равным 1. The beam splitter 5 is performed with a division ratio equal to 1.

Отрезок оптического волокна 6 может быть выполнен из многомодового волокна. Его концы могут быть снабжены линзами для ввода и вывода оптического излучения. В том случае, если конец отрезка оптического волокна не может быть приближен к измеряемому слою 7 на расстояние меньше или порядка диаметра сердечника волокна, умноженного на его числовую апертуру (для многомодового волокна это расстояние составляет 100 - 200 мкм), использование линзы становится обязательным. При этом линзу целесообразно размещать так, чтобы она фокусировала выходящий из отрезка оптического волокна 6 свет на измеряемом слое 7. A segment of the optical fiber 6 may be made of multimode fiber. Its ends can be equipped with lenses for input and output of optical radiation. In the event that the end of the optical fiber segment cannot be closer to the measured layer 7 by a distance less than or on the order of the diameter of the fiber core multiplied by its numerical aperture (for multimode fiber this distance is 100 - 200 μm), the use of a lens becomes mandatory. In this case, it is advisable to place the lens so that it focuses the light emerging from the segment of the optical fiber 6 on the measured layer 7.

Измеряемый слой 7 должен быть полностью или частично прозрачным для используемого света, так, чтобы волны, отраженные от его передней и задней поверхностей, были сопоставимы по интенсивности. The measured layer 7 must be fully or partially transparent to the light used, so that the waves reflected from its front and rear surfaces are comparable in intensity.

Более высокой предельной точностью обладает второй вариант конструкции устройства (см. фиг. 2), который содержит дополнительно введенный второй светоделитель 9, выполненный с коэффициентом деления, равным 1, и установленный между источником света 1 и первым светоделителем 5. Модулятор оптического пути 2 и подвижное зеркало 3 размещены в плечах упомянутого второго светоделителя 9 и ориентированы таким образом, чтобы направление распространения света при отражении от них изменялось на противоположное. При этом модулятор оптического пути 2 и подвижное зеркало 3 целесообразно выполнить в виде глухих зеркал. The second embodiment of the device design (see Fig. 2) has higher ultimate accuracy, which contains an additionally introduced second beam splitter 9 made with a division coefficient equal to 1 and installed between the light source 1 and the first beam splitter 5. The optical path modulator 2 and the movable a mirror 3 is placed in the shoulders of said second beam splitter 9 and oriented so that the direction of light propagation when reflected from them changes to the opposite. In this case, the modulator of the optical path 2 and the movable mirror 3 are expediently performed in the form of blind mirrors.

Для повышения точности измерения физических параметров прозрачных слоев, материал которых обладает заметной частотной дисперсией, между вторым светоделителем 9 и подвижным зеркалом 3 целесообразно ввести компенсационный клин 10 (см. фиг. 4), выполненный с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению распространения света, и изготовленный из материала, близкого по оптическим свойствам к материалу измеряемого слоя 7. Во избежание потерь света в результате отражения от граней клина их целесообразно просветлить. To improve the accuracy of measuring the physical parameters of transparent layers, the material of which has a noticeable frequency dispersion, it is advisable to introduce a compensation wedge 10 (see Fig. 4) between the second beam splitter 9 and the movable mirror 3, which can be moved in a direction perpendicular to the light propagation direction, and made of a material close in optical properties to the material of the measured layer 7. In order to avoid light loss as a result of reflection from the edges of the wedge, it is advisable to lighten them.

В частном случае реализации устройства по п.1 или п.2 (см. фиг. 4) в систему регистрации могут быть введены: селективный усилитель 11, электрически связанный с фотодетектором 8, синхронный детектор 12, первый вход которого электрически связан с выходом селективного усилителя 11, генератор модулирующего сигнала 13, электрически связанный с модулятором оптического пути 2 и со вторым входом синхронного детектора 12, схема управления 14 механизмом перемещения, электрически связанная с выходом синхронного детектора 11, и механизм перемещения 15 подвижного зеркала 3, электрически связанный со схемой управления 13 механизмом перемещения. In the particular case of implementing the device according to claim 1 or claim 2 (see Fig. 4), a selective amplifier 11, electrically connected to the photodetector 8, a synchronous detector 12, the first input of which is electrically connected to the output of the selective amplifier, can be introduced into the registration system 11, a modulating signal generator 13, electrically connected to the modulator of the optical path 2 and to the second input of the synchronous detector 12, a control circuit 14 of the movement mechanism, electrically connected to the output of the synchronous detector 11, and the movement mechanism 15 movably a mirror 3 which is electrically connected to the control circuit 13 of moving mechanism.

Первый вариант конструкции устройства работает следующим образом (см. фиг. 1). Источник света 1 излучает немонохроматический свет с центральной длиной волны λ₀ и с продольной длиной когерентности l_c. Благодаря тому, что модулятор оптического пути 2 выполнен в виде полупрозрачного зеркала, излучение от источника света 1 частично проходит сквозь него и попадает на подвижное зеркало 3. Благодаря тому, что подвижное зеркало 3 выполнено полупрозрачным, оно расщепляет падающее на него излучение на две волны, одна из которых проходит сквозь подвижное зеркало 3 и попадает на светоделитель 5, а другая отражается от него, возвращается к модулятору оптического пути 2, отражается от него, вновь возвращается к подвижному зеркалу 3, проходит сквозь него и также попадает на светоделитель 5. Таким образом, благодаря тому, что модулятор оптического пути 2 и подвижное зеркало 3 установлены и ориентированы так, как указано в п.1 формулы изобретения, излучение, приходящее на светоделитель 5 от источника света 1, представляет собой сумму двух волн, разность хода между которыми равна удвоенному расстоянию между модулятором оптического пути 2 и подвижным зеркалом 3. Через светоделитель 5 и отрезок оптического волокна 6 эти волны попадают на измеряемый слой 7. Благодаря тому, что между светоделителем 5 и измеряемым слоем 7 введен отрезок оптического волокна 6, ориентированный так, как указано в формуле изобретения, светоделитель 5 и измеряемый слой 7 оказываются оптически связанными даже в том случае, если они находятся вне пределов прямой видимости друг друга. За счет этого измерительный блок, содержащий прецизионные оптические и механические элементы, в том числе источник света 1, модулятор оптического пути 2, подвижное зеркало 3, механизм перемещения 15 подвижного зеркала 3, датчик положения 4, светоделитель 5, фотодетектор 8 и электронные схемы, может быть удален от измеряемого слоя 7 на расстояние до 1- 2 км и таким образом надежно изолирован от неблагоприятных воздействий среды, окружающей измеряемый слой, таких, как высокая или низкая температура, акустические шумы и вибрации, электрические и магнитные поля и т.д.The first embodiment of the device operates as follows (see Fig. 1). Light source 1 emits non-monochromatic light with a central wavelength λ ₀ and with a longitudinal coherence length l _c . Due to the fact that the modulator of the optical path 2 is made in the form of a translucent mirror, the radiation from the light source 1 partially passes through it and enters the movable mirror 3. Due to the fact that the movable mirror 3 is translucent, it splits the radiation incident on it into two waves, one of which passes through the movable mirror 3 and enters the beam splitter 5, and the other is reflected from it, returns to the modulator of the optical path 2, is reflected from it, again returns to the movable mirror 3, passes through it and also falls on the beam splitter 5. Thus, due to the fact that the modulator of the optical path 2 and the movable mirror 3 are mounted and oriented as indicated in claim 1, the radiation arriving at the beam splitter 5 from the light source 1 is the sum two waves, the path difference between which is equal to twice the distance between the optical path modulator 2 and the movable mirror 3. Through the beam splitter 5 and a segment of the optical fiber 6, these waves fall on the measured layer 7. Due to the fact that between the beam splitter 5 and the measured layer 7 introduced a segment of the optical fiber 6, oriented as indicated in the claims, the beam splitter 5 and the measured layer 7 are optically coupled even if they are outside the direct visibility of each other. Due to this, a measuring unit containing precision optical and mechanical elements, including a light source 1, an optical path modulator 2, a moving mirror 3, a moving mechanism 15 of the moving mirror 3, a position sensor 4, a beam splitter 5, a photodetector 8 and electronic circuits, can be removed from the measured layer 7 to a distance of 1-2 km and thus reliably isolated from the adverse effects of the environment surrounding the measured layer, such as high or low temperature, acoustic noise and vibration, electrical and magnetic filament fields, etc.

Падающее на измеряемый слой 7 излучение отражается от его поверхностей, при этом каждая из двух падающих волн расщепляется на две отраженных волны, а именно на волну, отраженную от передней поверхности измеряемого слоя 7, и на волну, отраженную от его задней поверхности. Таким образом, отраженное от измеряемого слоя 7 излучение представляет собой сумму четырех волн. Благодаря тому, что конец волоконно-оптического кабеля 6 ориентирован относительно измеряемого слоя 7 так, как указано в формуле изобретения, отраженные от измеряемого слоя 7 волны возвращаются в волоконно-оптический кабель 6, проходят по нему и через светоделитель 5 попадают на фотодетектор 8. The radiation incident on the measured layer 7 is reflected from its surfaces, while each of the two incident waves is split into two reflected waves, namely, a wave reflected from the front surface of the measured layer 7 and a wave reflected from its rear surface. Thus, the radiation reflected from the measured layer 7 is the sum of four waves. Due to the fact that the end of the fiber-optic cable 6 is oriented relative to the measured layer 7, as indicated in the claims, the waves reflected from the measured layer 7 are returned to the fiber-optic cable 6, pass through it and pass through the beam splitter 5 to the photodetector 8.

Таким образом, на фотодетекторе 8 смешиваются четыре волны: (i) волна, прошедшая через модулятор оптического пути 2 и подвижное зеркало 3 без отражений и отразившаяся от передней поверхности измеряемого слоя 7; (ii) волна, прошедшая через модулятор разности хода 2 и подвижное зеркало 3 без отражений и отразившаяся от задней поверхности измеряемого слоя 7; (iii) волна, испытавшая одно отражение от подвижного зеркала 3, и отразившаяся от передней поверхности измеряемого слоя 7; (iv) волна, испытавшая одно отражение от подвижного зеркала 3 и задней поверхности измеряемого слоя 7. Оптические длины путей, пройденных этими волнами, записываются следующим образом:
L₁=L₀;
L₂=L₀+2l(t);

где L₀ - оптическая длина общего для всех четырех волн пути, включающего в себя путь от источника света 1 до передней плоскости измеряемого слоя 7 и от передней плоскости измеряемого слоя 7 до фотодетектора 8; n₀ - показатель преломления измеряемого слоя 7 на центральной длине волны λ₀ источника света 1, d - толщина измеряемого слоя 7; l(t) - расстояние между модулятором оптического пути 2 и подвижным зеркалом 3, которое включает в себя постоянную часть l₀, измеряемую датчиком положения 4, и модулированную часть l_M(t)
l(t)=l₀+l_M(t) (5)
Волны (i) - (iv) интерферируют только в том случае, если
|L_i-L_j| < l_c, (6)
где l_c - продольная длина когерентности источника света 1. В наиболее простом и практически важном случае "толстого" слоя, когда
l_c<n₀d; (7)
l_c<l(t), (8)
условие (6) может быть соблюдено только для волн (ii) и (iii). В том случае, если это условие выполняется, в плоскости фотодетектора 8 наблюдается интерференционная картина в виде концентрических темных и светлых полос, расположение и контрастность которых зависят от разности хода

При достаточно малой апертуре фотодетектора 8 периодическое движение интерференционных полос, вызванное модуляцией ΔL(t), приводит к колебаниям освещенности на фотодетекторе 8 I_out и к соответствующим колебаниям вырабатываемого им фототока j(t) (см. фиг. 3):

где R_2,3 - коэффициенты отражения модулятора оптического пути 2 и зеркала 3, Γ(|ΔL|) - огибающая функции когерентности источника света 1, ∝ - значок пропорциональности.Thus, four waves are mixed at photodetector 8: (i) a wave transmitted through the optical path modulator 2 and a moving mirror 3 without reflections and reflected from the front surface of the measured layer 7; (ii) a wave transmitted through a travel difference modulator 2 and a movable mirror 3 without reflections and reflected from the back surface of the measured layer 7; (iii) a wave that has experienced one reflection from the movable mirror 3, and reflected from the front surface of the measured layer 7; (iv) a wave that has experienced one reflection from the movable mirror 3 and the rear surface of the measured layer 7. The optical lengths of the paths traveled by these waves are written as follows:
L ₁ = L ₀ ;
L ₂ = L ₀ + 2l (t);

where L ₀ is the optical length of the path common to all four waves, including the path from the light source 1 to the front plane of the measured layer 7 and from the front plane of the measured layer 7 to the photodetector 8; n ₀ is the refractive index of the measured layer 7 at the central wavelength λ _{0 of the} light source 1, d is the thickness of the measured layer 7; l (t) is the distance between the modulator of the optical path 2 and the movable mirror 3, which includes the constant part l ₀ measured by the position sensor 4, and the modulated part l _M (t)
l (t) = l ₀ + l _M (t) (5)
Waves (i) - (iv) interfere only if
| L _i -L _j | <l _c , (6)
where l _c is the longitudinal coherence length of the light source 1. In the simplest and most important case of a "thick" layer, when
l _c <n ₀ d; (7)
l _c <l (t), (8)
condition (6) can be satisfied only for waves (ii) and (iii). In the event that this condition is satisfied, in the plane of the photodetector 8 there is an interference pattern in the form of concentric dark and light bands, the location and contrast of which depend on the difference in stroke

With a sufficiently small aperture of photodetector 8, the periodic movement of interference fringes caused by modulation ΔL (t) leads to fluctuations in the illumination at the photodetector 8 I _out and to the corresponding oscillations of the photocurrent j (t) generated by it (see Fig. 3):

where R _2,3 are the reflection coefficients of the modulator of the optical path 2 and the mirror 3, Γ (| ΔL |) is the envelope of the coherence function of the light source 1, ∝ is the proportionality icon.

В том случае, если поправками, связанными с дисперсией, можно пренебречь, полагая
ΔL = 2(n₀d-l₀)-2l_M(t), (11)
функция I_out(t) = I_out (ΔL) является четной относительно ΔL. Если выходной сигнал устройства - отсчет датчика положения 4l₀ - совпадает с искомым произведением толщины измеряемого слоя 7d и его показателя преломления n₀, нечетные гармоники частоты модуляции в Фурье-спектре фототока (10) отсутствуют. Наличие нечетных гармоник указывает на то, что l₀ ≠ n₀d. этом случае подвижное зеркало 3 перемещается вдоль направления распространения отражаемого им света до тех пор, пока равенство l₀ = n₀d не будет восстановлено. Таким образом, благодаря тому, что подвижное зеркало 3 выполнено с возможностью перемещения вдоль направления отражаемого им света, выходной сигнал устройства поддерживается равным произведению толщины и показателя преломления измеряемого слоя 7.In the event that the corrections related to dispersion can be neglected, setting
ΔL = 2 (n ₀ dl ₀ ) -2l _M (t), (11)
the function I _out (t) = I _out (ΔL) is even with respect to ΔL. If the output signal of the device — the readout of the position sensor 4l ₀ — coincides with the desired product of the thickness of the measured layer 7d and its refractive index n ₀ , there are no odd harmonics of the modulation frequency in the Fourier spectrum of the photocurrent (10). The presence of odd harmonics indicates that l ₀ ≠ n ₀ d. In this case, the movable mirror 3 moves along the propagation direction of the light reflected by it until the equality l ₀ = n ₀ d is restored. Thus, due to the fact that the movable mirror 3 is arranged to move along the direction of the light reflected by it, the output signal of the device is maintained equal to the product of the thickness and refractive index of the measured layer 7.

Более высокая предельная точность измерений может быть достигнута во втором варианте конструкции устройства, описанном в п.2 формулы изобретения (см. фиг. 2). Этот вариант конструкции устройства работает следующим образом. Излучение от источника света 1 попадает на второй светоделитель 9 и расщепляется им на две волны равной амплитуды, одна из которых направляется на модулятор оптического пути 2, а вторая - на подвижное зеркало 3. Так как модулятор оптического пути 2 и подвижное зеркало 3 выполнены в виде глухих зеркал и установлены так, что при отражении от них направление распространения света изменяется на противоположное, после отражения от них волны вновь соединяются на втором светоделителе 9, имея при этом разность хода
l(t)=2(l₂(t)-l₃)=2l₀+2l_M(t),
где l₂ - оптический путь от второго светоделителя 9 до модулятора оптического пути 3, l₃ - оптический путь от второго светоделителя 9 до подвижного зеркала 3. Излучение со второго светоделителя 9 направляется на первый светоделитель 5, и далее все происходит так же, как в варианте по п.1, однако благодаря тому, что волны, падающие на измеряемый слой 7, имеют равную амплитуду, выражение для фототока, вырабатываемого фотодетектором 8 в процессе измерений, несколько отличается от выражения (10):

Контрастность K интерференционной картины, т.е. отношение интенсивности в самом высоком максимуме к интенсивности в самом глубоком минимуме
K ≡ 3 (14)
то время как в варианте по п.1

Таким образом, контрастность интерференционной картины, а следовательно, и предельная точность измерений, в варианте по п.2 выше, чем в варианте по п.1. Это связано с тем, что волны, падающие на измеряемый слой 7, в варианте по п. 2 имеют равную амплитуду, в то время как в варианте по п.1 волна, прошедшая более длинный путь, всегда слабее.Higher ultimate accuracy of measurements can be achieved in the second embodiment of the device design described in claim 2 of the claims (see Fig. 2). This embodiment of the device operates as follows. The radiation from the light source 1 hits the second beam splitter 9 and splits it into two waves of equal amplitude, one of which is directed to the modulator of the optical path 2, and the second to the movable mirror 3. Since the modulator of the optical path 2 and the movable mirror 3 are made in the form deaf mirrors and are installed so that when reflected from them, the direction of propagation of light changes to the opposite, after reflection from them, the waves reconnect at the second beam splitter 9, while having a travel difference
l (t) = 2 (l ₂ (t) -l ₃ ) = 2l ₀ + 2l _M (t),
where l ₂ is the optical path from the second beam splitter 9 to the modulator of the optical path 3, l ₃ is the optical path from the second beam splitter 9 to the movable mirror 3. The radiation from the second beam splitter 9 is directed to the first beam splitter 5, and then everything happens as in the variant according to claim 1, however, due to the fact that the waves incident on the measured layer 7 have equal amplitude, the expression for the photocurrent generated by the photodetector 8 during the measurement process is somewhat different from expression (10):

The contrast K of the interference pattern, i.e. ratio of intensity at the highest maximum to intensity at the deepest minimum
K ≡ 3 (14)
while in the embodiment according to claim 1

Thus, the contrast of the interference pattern, and therefore the ultimate measurement accuracy, in the embodiment of claim 2 is higher than in the embodiment of claim 1. This is due to the fact that the waves incident on the measured layer 7, in the embodiment according to claim 2, have equal amplitude, while in the embodiment according to claim 1, the wave that has traveled a longer path is always weaker.

В том случае, если материал измеряемого слоя обладает заметной частотной дисперсией, так что (11) уже нельзя считать справедливым, целесообразно ввести между вторым светоделителем 9 и подвижным зеркалом 3 компенсационный клин 10, выполненный и изготовленный так, как описано в п.3 формулы изобретения (см. фиг. 3). В этом случае

где n^c - показатель преломления компенсационного клина, n₀ ^c - показатель преломления компенсационного клина на центральной частоте λ₀ источника света 1, d_c - длина пути, проходимого лучом света внутри клина. Благодаря тому, что компенсационный клин выполнен с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению распространения света, d может быть сделана приблизительно равной d_c, а благодаря тому, что он изготовлен из материала, близкого по оптическим свойствам к материалу измеряемого слоя, может быть обеспечено равенство

Тем самым ошибка измерений, связанная с дисперсией, может быть значительно уменьшена.In the event that the material of the measured layer has a noticeable frequency dispersion, so that (11) can no longer be considered fair, it is advisable to introduce between the second beam splitter 9 and the moving mirror 3 a compensation wedge 10, made and manufactured as described in paragraph 3 of the claims (see Fig. 3). In this case

where n ^c is the refractive index of the compensation wedge, n ₀ ^c is the refractive index of the compensation wedge at the center frequency λ _{0 of the} light source 1, d _c is the length of the path traveled by the light beam inside the wedge. Due to the fact that the compensation wedge is movable in a direction perpendicular to the direction of light propagation, d can be made approximately equal to d _c , and due to the fact that it is made of a material that is close in optical properties to the material of the measured layer, equality can be ensured

Thus, the measurement error associated with dispersion can be significantly reduced.

В частном случае реализации устройства (см. фиг. 4), когда в систему регистрации введены селективный усилитель 11, синхронный детектор 12, генератор модулирующего сигнала 13, схема управления 14 механизмом перемещения и механизм перемещения 15 подвижного зеркала 3, измерение параметров измеряемого слоя 7 осуществляется следующим образом. Генератор модулирующего сигнала 13 вырабатывает управляющее напряжение для модулятора оптического пути 2, форма которого подбирается таким образом, чтобы модулированная часть l_M(t) расстояния между модулятором 2 оптического пути и подвижным зеркалом 3 имела вид симметричной пилы, амплитуда которой превышает длину когерентности источника света 1 (фиг. 5). Фототок j(t), вырабатываемый фотодетектором 8 в процессе измерений (его вид показан на фиг. 5), поступает на селективный усилитель 11, настроенный на частоту интерференционных колебаний фототока

где l_M - амплитуда модуляции оптического пути, f_M - частота модуляции. Выходной сигнал селективного усилителя 11, пропорциональный огибающей интерференционных колебаний освещенности на фотодетекторе 8, поступает на вход синхронного детектора 12, который выделяет из него первую гармонику частоты модуляции f_M. Выходной сигнал синхронного детектора 12, пропорциональный этой первой гармонике, поступает на схему управления 14 механизмом перемещения 15. Как уже указывалось выше, наличие первой гармоники в Фурье-спектре фототока указывает на то, что выходной сигнал устройства l₀ не равен измеряемой величине n₀d. В том случае, если выходной сигнал синхронного детектора 12 превышает некоторое пороговое значение, определяемое требуемой точностью измерений, схема управления 14 механизмом перемещения вырабатывает команду на перемещение подвижного зеркала 3, исполняемую механизмом перемещения 15 подвижного зеркала. Таким образом равенство выходного сигнала l₀ устройства и измеряемой величины n₀d поддерживается с заданной точностью.In the particular case of the implementation of the device (see Fig. 4), when a selective amplifier 11, a synchronous detector 12, a modulating signal generator 13, a control circuit 14 of the movement mechanism and a movement mechanism 15 of the moving mirror 3 are introduced into the registration system, the parameters of the measured layer 7 are measured in the following way. The modulating signal generator 13 generates a control voltage for the optical path modulator 2, the shape of which is selected so that the modulated part l _M (t) of the distance between the optical path modulator 2 and the movable mirror 3 has the form of a symmetrical saw, the amplitude of which exceeds the coherence length of the light source 1 (Fig. 5). The photocurrent j (t) produced by the photodetector 8 during measurements (its form is shown in Fig. 5) is supplied to a selective amplifier 11 tuned to the frequency of interference oscillations of the photocurrent

where l _M is the modulation amplitude of the optical path, f _M is the modulation frequency. The output signal of the selective amplifier 11, which is proportional to the envelope of the interference oscillations of illumination at the photodetector 8, is fed to the input of the synchronous detector 12, which extracts the first harmonic of the modulation frequency f _{M from it} . The output signal of the synchronous detector 12, which is proportional to this first harmonic, is fed to the control circuit 14 of the displacement mechanism 15. As already mentioned above, the presence of the first harmonic in the Fourier spectrum of the photocurrent indicates that the output signal of the device l _{0 is} not equal to the measured value n ₀ d . In the event that the output signal of the synchronous detector 12 exceeds a certain threshold value determined by the required measurement accuracy, the control mechanism 14 of the movement mechanism generates a command to move the moving mirror 3, executed by the movement mechanism 15 of the moving mirror. Thus, the equality of the output signal l _{0 of the} device and the measured value n ₀ d is maintained with a given accuracy.

Точность измерений n₀d определяется точностью датчика положения 4. Фундаментальный предел точности измерений определяется дробовым шумом источника света 1 и составляет сотые и тысячные доли λ. Диапазон измерений ограничен лишь диапазоном датчика положения 4.The measurement accuracy n ₀ d is determined by the accuracy of the position sensor 4. The fundamental limit of measurement accuracy is determined by the shot noise of light source 1 and amounts to hundredths and thousandths of λ. The measuring range is limited only by the range of the position sensor 4.

Устройство позволяет измерять не только толщину и показатель преломления, но и определяющие их физические параметры, например температуру. Для этого в качестве измеряемого слоя 7 следует использовать пластину с известными зависимостями n и d от измеряемого параметра. The device allows you to measure not only the thickness and refractive index, but also the physical parameters that determine them, such as temperature. For this, a plate with known dependences n and d on the measured parameter should be used as the measured layer 7.

В конкретной реализации устройства в качестве источника света используется суперлюминесцентный диод ЛМ2-850 производства НИИ "Волга", г. Саратов, имеющий центральную длину волны λ = 0.83 мкм, продольную длину когерентности l_c ≈ 30 мкм, и мощность 0.7 мВт, в качестве модулятора оптического пути используется зеркало, закрепленное на электромагнитной динамической головке 3ГД-38Е, в качестве датчика положения используется линейка с фотошаблоном, имеющая цифровой выход и обеспечивающая точность определения положения подвижного зеркала до 5 мкм, отрезок оптического волокна выполнен из стандартного многомодового волокна с диаметром сердечника 50 мкм и имеет длину 100 м, его концы снабжены линзами. Измеряемый слой 7 размещается в перетяжке светового пучка, выходящего из отрезка оптического волокна 6, на расстоянии 15 см от него. В качестве фотодетектора используется фотодиод ФД-24К, в качестве механизма перемещения подвижного зеркала используется шаговый двигатель ДШИ- 200 с шагом в 0.9^o, соединенный с микрометрическим винтом с шагом резьбы 1 мм. Для модуляции оптического пути применяется напряжение, имеющее форму симметричной пилы с частотой 18 Гц. Амплитуда модуляции оптического пути достигает 0.4 мм. Устройство обеспечивает непрерывное (во времени) измерение толщины ленты стекла в диапазоне от 0 до 2 см при температуре в зоне измерений 0 - 500^oC с точностью до 5 мкм.In a specific implementation of the device, the superluminescent diode LM2-850 manufactured by the Volga Research Institute, Saratov, has a central wavelength λ = 0.83 μm, a longitudinal coherence length l _c ≈ 30 μm, and a power of 0.7 mW as a modulator. optical path, a mirror is used, mounted on a 3GD-38E electromagnetic dynamic head, a ruler with a photomask is used as a position sensor, which has a digital output and ensures accuracy in determining the position of a moving mirror up to 5 μm, cut The optical fiber is made of standard multimode fiber with a core diameter of 50 μm and has a length of 100 m, its ends are equipped with lenses. The measured layer 7 is placed in the constriction of the light beam emerging from the length of the optical fiber 6, at a distance of 15 cm from it. An FD-24K photodiode is used as a photodetector; a DSHI-200 stepper motor with a step of 0.9 ^{o is} used as a mechanism for moving a moving mirror, connected to a micrometer screw with a thread pitch of 1 mm. To modulate the optical path, a voltage is applied in the form of a symmetrical saw with a frequency of 18 Hz. The amplitude of modulation of the optical path reaches 0.4 mm. The device provides continuous (in time) measurement of the thickness of the glass tape in the range from 0 to 2 cm at a temperature in the measurement zone of 0 - 500 ^o C with an accuracy of 5 microns.

Claims

1. An interferometric device for measuring the physical parameters of transparent layers, containing a light source, a beam splitter, an optical path modulator and a photo detector included in the output signal registration system, characterized in that the optical path modulator, made in the form of a translucent plate, is installed directly behind the light source, between the optical path modulator and the beam splitter, a movable translucent mirror is additionally introduced, made with the possibility of moving along the direction of extension of the light reflected by it and equipped with a position sensor included in the output signal registration system, and between the beam splitter and the measured layer there is a segment of optical fiber, the end of which, optically connected with the measured layer, is oriented so that the light reflected from the measured layer is directed back to the said segment optical fiber.

2. The interferometric device according to claim 1, characterized in that a selective amplifier electrically connected to the photodetector, a synchronous detector, the first input of which is electrically connected to the selective amplifier, a modulating signal generator electrically connected to the optical path modulator, and with a second input of the synchronous detector, a control circuit of the movement mechanism, electrically connected to the output of the synchronous detector, and a mechanism for moving the moving mirror, electric metrically associated with the movement of the control circuit mechanism.

3. An interferometric device for measuring the physical parameters of transparent layers, comprising a light source, a first beam splitter, an optical path modulator and a photo detector included in the output signal recording system, characterized in that a second beam splitter is additionally introduced between the light source and the first beam splitter, optically coupled to said a modulator of the optical path and with an additionally introduced movable mirror configured to move along the propagation direction, we reflect of the light and equipped with a position sensor included in the registration system of the output signal, and between the first beam splitter and the measured layer there is a segment of optical fiber, the end of which is optically connected with the measured layer, oriented so that the light reflected from the measured layer is directed back to the said segment of optical fiber.

4. The interferometric device according to claim 3, characterized in that a compensation wedge is introduced between the second beam splitter and the movable mirror, which is movable in a direction perpendicular to the direction of light propagation and made of a material that is close in optical properties to the material of the measured layer.

5. The interferometric device according to claim 4, characterized in that a selective amplifier electrically coupled to the photodetector, a synchronous detector, the first input of which is electrically coupled to the selective amplifier, a modulating signal generator electrically connected to the optical path modulator and with a second input of the synchronous detector, a control circuit of the movement mechanism, electrically connected to the output of the synchronous detector, and a mechanism for moving the moving mirror, electric metrically associated with the movement of the control circuit mechanism.