RU2307318C1

RU2307318C1 - Interferometer measuring device (variants)

Info

Publication number: RU2307318C1
Application number: RU2005139581/28A
Authority: RU
Inventors: Петр Витальевич Волков (RU); Петр Витальевич Волков; Александр Владимирович Горюнов (RU); Александр Владимирович Горюнов; Анатолий Данилович Тертышник (RU); Анатолий Данилович Тертышник
Original assignee: Петр Витальевич Волков; Александр Владимирович Горюнов; Анатолий Данилович Тертышник
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-09-27

Abstract

FIELD: interferometers.

SUBSTANCE: interferometer measuring device contains low coherence and high coherence light emitters, optically connected by means of light divider to input of two-beam interferometer, which is made with possible periodical modulation of optical difference of its rays path difference. Output of two-ray interferometer by means of another light divider is connected optically to first photo-receiver and to fiber light divider, having M outputs. To M-1 outputs of fiber light divider, M-1 fiber-optic transmitting lines are connected, each one of which is made with a measuring optical head on one end and with fiber distributor of Y-like form on other end, while one of shoulders of Y-like form fiber distributor is optically connected to corresponding photo-detector, and its other shoulder is connected to corresponding output of fiber light divider. Also, device contains a block for generating signals, which correspond to limits of range of measurements of thickness of transparent products, which is connected to M output of fiber light divider and made in form of two Fabri-Perrot standards, positioned serially along the axis in front of the appropriate photo-receiver.

EFFECT: expanded area of application of interferometer measuring device due to ensured durational, continuous multi-positional control of physical parameters of transparent materials and products at various stages of their production.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к оптоэлектронным измерительным системам.The invention relates to measuring equipment, and more particularly to optoelectronic measuring systems.

Из уровня техники известно интерферометрическое измерительное устройство (см. патент US №5341205A, 1994), содержащее низкокогерентный источник света, двухлучевой интерферометр, выполненный с возможностью периодической модуляции оптической разности хода своих лучей, средство для измерения длины волны низкокогерентного источника света, оптический зонд, фотопреобразователь и волоконно-оптическую передающую линию, посредством которой выход низкокогерентного источника света оптически связан со средством для измерения его длины волны и входом оптического зонда, а его выход - с входом двухлучевого интерферометра, на выходе которого установлен фотоприемник.In the prior art, an interferometric measuring device is known (see US patent No. 5341205A, 1994), containing a low coherent light source, a two-beam interferometer configured to periodically modulate the optical difference of the path of its rays, means for measuring the wavelength of a low coherent light source, an optical probe, a photoconverter and a fiber optic transmission line through which the output of a low coherent light source is optically coupled to a means for measuring its wavelength and input optical probe, and its output - with the input of a two-beam interferometer, the output of which is equipped with a photodetector.

Недостатки описанного выше интерферометрического измерительного устройства обусловлены тем, что, с одной стороны, это устройство имеет ограниченную область применения: не может быть использовано для непрерывного многопозиционного контроля, например, толщины ленты стекла, в частности флоат-стекла, на различных стадиях его производства, а с другой стороны, известное устройство неудобно в эксплуатации, поскольку, во-первых, требуется периодическая градуировка используемого в двухлучевом интерферометре пьезоэлектрического модулятора оптической разности хода его лучей, и, во-вторых, оно имеет достаточно большие габариты вследствие использования спектрометра в качестве средства для измерения длины волны низкокогерентного источника света.The disadvantages of the interferometric measuring device described above are due to the fact that, on the one hand, this device has a limited scope: it cannot be used for continuous multi-position control, for example, the thickness of a glass tape, in particular float glass, at various stages of its production, and on the other hand, the known device is inconvenient in operation, because, firstly, periodic calibration of the piezoelectric modulator used in the two-beam interferometer is required cal path difference of its rays, and secondly, it has a sufficiently large size because of the use a spectrometer as a means for measuring the wavelength of the low coherence light source.

Известно также интерферометрическое измерительное устройство, взятое в качестве прототипа и содержащее низкокогерентный источник света, двухлучевой интерферометр, выполненный с возможностью периодической модуляции оптической разности хода своих лучей, высококогерентный источник света, имеющий длину волны, которая отличается от длины волны низкокогерентного источника света, светоделитель, два фотоприемника, селективных соответственно на длине волны излучения низкокогерентного и высококогерентного источников света, оптическую измерительную головку и волоконно-оптическую передающую линию с волоконным распределителем на первом конце, который оптически связан с входом двухлучевого интерферометра и выполнен в виде двух последовательно расположенных Y-образных элементов с одним общим плечом, при этом расположенное ближе к двухлучевому интерферометру плечо волноводного распределителя связано оптически с высококогерентным источником света, а его другое плечо - с низкокогерентным источником света, светоделитель установлен на выходе двухлучевого интерферометра и оптически связан с обоими фотоприемниками, а второй конец волоконно-оптической передающей линии соединен с оптической измерительной головкой (см. заявку ЕР А2 №0701103, 1996). Наличие в прототипе высококогерентного источника света и селективного на длине волны его излучения фотоприемника обеспечивает возможность использования двухлучевого интерферометра одновременно и для абсолютного измерения длин. Однако отсутствие в прототипе формирователя сигнала, соответствующего, по крайней мере одной, границе диапазона измерения устройства, приводит к необходимости проведения периодической его калибровки.Also known is an interferometric measuring device, taken as a prototype and containing a low coherent light source, a two-beam interferometer configured to periodically modulate the optical difference of the path of its rays, a high coherent light source having a wavelength that differs from the wavelength of the low coherent light source, a beam splitter, two photodetector, selective respectively at the radiation wavelength of low coherent and highly coherent light sources, optical from The test head and the fiber-optic transmission line with a fiber distributor at the first end, which is optically connected to the input of the two-beam interferometer and made in the form of two successive Y-shaped elements with one common arm, while the arm of the waveguide distributor located closer to the two-beam interferometer is optically connected with a highly coherent light source, and its other arm with a low coherent light source, a beam splitter is installed at the output of the two-beam interferometer and pticheski associated with both the photodetectors and the second end of the optical fiber transmission line connected to the optical measuring head (see. application EP A2 No. 0701103, 1996). The presence in the prototype of a highly coherent light source and a selective photodetector at the wavelength of its radiation makes it possible to use a two-beam interferometer at the same time for absolute measurement of lengths. However, the absence in the prototype of the driver of the signal corresponding to at least one boundary of the measuring range of the device leads to the need for periodic calibration.

Таким образом, недостаток прототипа заключается в том, что описанное в нем интерферометрическое измерительное устройство не может быть использовано для длительного, непрерывного многопозиционного контроля физических параметров оптически прозрачных материалов и изделий в процессе их производства.Thus, the disadvantage of the prototype is that the interferometric measuring device described in it cannot be used for long-term, continuous multi-position control of the physical parameters of optically transparent materials and products in the process of their production.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по расширению области использования интерферометрического измерительного устройства за счет обеспечения длительного, непрерывного многопозиционного контроля физических параметров прозрачных материалов и изделий на различных стадиях их производства.The present invention is aimed at solving the technical problem of expanding the scope of use of an interferometric measuring device by providing long-term, continuous multi-position control of the physical parameters of transparent materials and products at various stages of their production.

Согласно первому варианту поставленная задача решена тем, что интерферометрическое измерительное устройство, содержащее низкокогерентный источник света, высококогерентный источник света, первый светоделитель, установленный на выходе двухлучевого интерферометра, который выполнен с возможностью периодической модуляции оптической разности хода своих лучей, первый фотоприемник, оптически связанный с первым выходом первого светоделителя, второй фотоприемник, волоконно-оптическую передающую линию с оптической измерительной головкой на одном ее конце и волоконным распределителем Y-образного вида на другом ее конце, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений, волоконный светоделитель с одним входом и М выходами, М-2 волоконно-оптических передающих линий, каждая из которых выполнена с оптической измерительной головкой на одном конце и с волоконным распределителем Y-образного вида на другом конце, М-2 фотоприемника и второй светоделитель, вход которого оптически связан с входом двухлучевого интерферометра, при этом первый и второй выходы второго светоделителя оптически связаны соответственно с низкокогерентным и высококогерентным источниками света с обеспечением параллельности между собой направляемых в двухлучевой интерферометр пучков света от упомянутых выше источников света, первый фотоприемник оптически сопряжен с выходящим со стороны первого выхода первого светоделителя пучком света от высококогерентного источника света, второй выход первого светоделителя оптически связан с входом волоконного светоделителя с обеспечением оптического сопряжения его с выходящим со стороны второго выхода первого светоделителя пучком света от низкокогерентного источника света, первое плечо волоконного распределителя Y-образного вида каждой i-ой волоконно-оптической передающей линии соединено с соответствующим ему i-ым выходом волоконного светоделителя, где i=1, 2, ..., М-1, а второе плечо волоконного распределителя Y-образного вида каждой i-ой волоконно-оптической передающей линии оптически связано с соответствующим ему (i+1)-ым фотоприемником, блок формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений, соединен с М-ым выходом волоконного светоделителя и выполнен в виде расположенных последовательно вдоль оптической оси двух эталонов Фабри-Перо и соответствующего фотоприемника, при этом оптическая толщина одного эталона Фабри-Перо соответствует разности хода лучей в двухлучевом интерферометре на нижней границе диапазона измерений, а оптическая толщина другого эталона Фабри-Перо соответствует разности хода лучей в двухлучевом интерферометре на верхней границе диапазона измерений согласно изобретению.According to the first embodiment, the problem is solved in that the interferometric measuring device containing a low coherent light source, a high coherent light source, a first beam splitter installed at the output of the two-beam interferometer, which is configured to periodically modulate the optical difference of the path of its rays, the first photodetector, optically coupled to the first the output of the first beam splitter, the second photodetector, fiber optic transmission line with an optical measuring head and at one end thereof and a Y-shaped fiber distributor at its other end, characterized in that it further comprises a signal generation unit corresponding to the boundaries of the measurement range, a fiber splitter with one input and M outputs, M-2 fiber optic transmission lines, each of which is made with an optical measuring head at one end and with a Y-shaped fiber distributor at the other end, an M-2 photodetector and a second beam splitter, the input of which is optically coupled to the input of the two-beam and interferometer, wherein the first and second outputs of the second beam splitter are optically coupled to low coherent and highly coherent light sources, respectively, to ensure that the light beams directed from the light sources mentioned above are parallel to each other, the first photodetector is optically coupled to the light beam coming from the first output of the first beam splitter from a highly coherent light source, the second output of the first beam splitter is optically coupled to the input of the fiber beam splitter with about by ensuring optical coupling with a beam of light coming from the low-coherent light source coming from the second output of the first beam splitter, the first arm of the Y-shaped fiber distributor of each i-th fiber optic transmission line is connected to its corresponding i-th fiber splitter output, where i = 1, 2, ..., M-1, and the second arm of the Y-shaped fiber distributor of each i-th fiber-optic transmission line is optically connected to its corresponding (i + 1) -th photodetector, a signal generating unit s corresponding to the boundaries of the measurement range is connected to the Mth output of the fiber beam splitter and is made in the form of two Fabry-Perot etalons and a corresponding photodetector located in series along the optical axis, while the optical thickness of one Fabry-Perot etalon corresponds to the difference in the path of the rays in a two-beam interferometer by the lower boundary of the measurement range, and the optical thickness of another Fabry-Perot etalon corresponds to the difference in the path of rays in a two-beam interferometer at the upper boundary of the measurement range with according to the invention.

Согласно второму варианту поставленная задача решена тем, что интерферометрическое измерительное устройство, содержащее низкокогерентный источник света с длиной волны λ₁, высококогерентный источник света с длиной волны λ₂, двухлучевой интерферометр, который выполнен с возможностью периодической модуляции оптической разности хода своих лучей, первый фотоприемник, спектральная характеристика чувствительности которого соответствует длине волны λ₂, второй фотоприемник, спектральная характеристика которого соответствует длине волны λ₁, волоконно-оптическую передающую линию с оптической головкой на одном ее конце и волоконным распределителем Y-образного вида на другом ее конце, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений, волоконный светоделитель с одним входом и М выходами, М-2 волоконно-оптических передающих линий, каждая из которых выполнена с оптической измерительной головкой на одном конце и с волоконным распределителем Y-образного вида на другом конце, М-2 фотоприемника, спектральная характеристика чувствительности которых соответствует длине волны λ₁, а также установленный на входе двухлучевого интерферометра соединительный фильтр для оптических волн с длиной λ₁ и λ₂, а на его выходе - разделительный фильтр для оптических волн с длиной λ₁ и λ₂, при этом вход соединительного фильтра, соответствующий длине волны λ₁, соединен с выходом низкокогерентного источника света, вход соединительного фильтра, соответствующий длине волны λ₂, - с выходом высококогерентного источника света, а выход разделительного фильтра, соответствующий длине волны λ₁, соединен с входом волоконного светоделителя, выход разделительного фильтра, соответствующий длине волны λ₂, оптически сопряжен с первым фотоприемником, первое плечо волоконного распределителя Y-образного вида каждой i-ой волоконно-оптической передающей линии соединено с соответствующим ему i-ым выходом волоконного светоделителя, где i=1, 2, ..., М-1, а второе плечо волоконно-оптической передающей линии оптически связано с соответствующим ему (i+1)-ым фотоприемником, спектральная характеристика чувствительности которого соответствует длине волны λ₁, блок формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений, соединен с М-ым выходом волоконного светоделителя и выполнен в виде расположенных последовательно вдоль оптической оси двух эталонов Фабри-Перо и соответствующего фотоприемника, спектральная характеристика чувствительности которого соответствует длине волны λ₁, при этом оптическая толщина одного эталона Фабри-Перо соответствует разности хода лучей в двухлучевом интерферометре на нижней границе диапазона измерений, а оптическая толщина второго эталона Фабри-Перо соответствует разности хода лучей в двухлучевом интерферометре на верхней границе диапазона измерений согласно изобретению.According to the second embodiment, the problem is solved in that the interferometric measuring device comprising a low coherent light source with a wavelength of λ ₁ , a highly coherent light source with a wavelength of λ ₂ , a two-beam interferometer that is capable of periodically modulating the optical difference of the path of its rays, the first photodetector, the spectral response characteristic of which corresponds to a wavelength of λ ₂ , the second photodetector, the spectral response of which corresponds to a wavelength s λ ₁ , a fiber-optic transmission line with an optical head at one end and a Y-shaped fiber distributor at its other end, characterized in that it further comprises a signal generating unit corresponding to the boundaries of the measurement range, a fiber beam splitter with one input and M outputs, M-2 fiber-optic transmission lines, each of which is made with an optical measuring head at one end and with a Y-shaped fiber distributor at the other end, M-2 photodetector, spectral the first sensitivity characteristic of which corresponds to a wavelength of λ ₁ , as well as a connecting filter for optical waves with a length of λ ₁ and λ ₂ installed at the input of a two-beam interferometer, and at its output a separation filter for optical waves with a length of λ ₁ and λ ₂ , while the connecting entrance filter corresponding to a wavelength λ _1, connected to the output low-coherence light source, coupling the input filter corresponding to a wavelength λ _2, - with a yield of highly coherent light source, and the output of the separating filter, with Resp wavelength λ _1, connected to the input of a fiber beam splitter, the output of the separating filter corresponding to a wavelength λ ₂ is optically coupled to the first photodetector, the first arm of Y-shaped form of the fiber distributor of each i-th optical fiber transmission line connected with the corresponding i -th output of the fiber beam splitter, where i = 1, 2, ..., M-1, and the second arm of the fiber-optic transmission line is optically connected to its corresponding (i + 1) -th photodetector, the spectral sensitivity characteristic which corresponds to a wavelength of λ ₁ , the signal generation unit corresponding to the boundaries of the measurement range is connected to the Mth output of the fiber beam splitter and is made in the form of two Fabry-Perot etalons and a corresponding photodetector located in series along the optical axis, whose spectral sensitivity characteristic corresponds to the wavelength λ ₁ , while the optical thickness of one Fabry-Perot standard corresponds to the difference in the path of the rays in a two-beam interferometer at the lower boundary of the measurement range, and about The optical thickness of the second Fabry-Perot etalon corresponds to the difference in the beam path in a two-beam interferometer at the upper boundary of the measuring range according to the invention.

Преимущество предложенного интерферометрического измерительного устройства перед прототипом заключается в том, что размещение низкокогерентного и высококогерентного источников света со стороны входа двухлучевого интерферометра обеспечило возможность за счет установки на выходе двухлучевого интерферометра волоконного светоделителя осуществлять многопозиционный контроль в технологических процессах изготовления прозрачных изделий. Введение же в устройство блока формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений толщины прозрачных изделий, позволило не только исключить периодическую калибровку двухлучевого интерферометра, но и осуществить непрерывный контроль длины волны высококогерентного источника света.The advantage of the proposed interferometric measuring device over the prototype is that the placement of low-coherent and highly coherent light sources from the input side of the two-beam interferometer made it possible to carry out multi-position control in the manufacturing processes of manufacturing transparent products by installing a fiber beam splitter at the output of the two-beam interferometer. The introduction of a signal generation unit into the device that corresponds to the boundaries of the measurement range of the thickness of transparent products made it possible not only to exclude the periodic calibration of a two-beam interferometer, but also to continuously monitor the wavelength of a highly coherent light source.

В дальнейшем изобретение поясняется двумя конкретными вариантами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения указанной выше совокупностью существенных признаков ожидаемого технического результата.The invention is further illustrated by two specific options, which, however, are not the only possible, but clearly demonstrate the ability to achieve the above set of essential features of the expected technical result.

На фиг.1 схематично изображено интерферометрическое измерительное устройство, первый вариант; на фиг.2 - то же, второй вариант; на фиг.3 - временная зависимость разности длин плеч двухлучевого интерферометра; на фиг.4 - временная зависимость сигнала на выходе фотоприемника блока формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений толщины прозрачных изделий; на фиг.5 - временная зависимость сигнала с выхода фотоприемника, оптически связанного со вторым плечом волоконного распределителя Y-образного вида; на фиг.6 - временная зависимость сигнала с выхода первого фотоприемника; на фиг.7 - вариант выполнения оптической связи между разделительным фильтром и волоконным светоделителем.Figure 1 schematically shows an interferometric measuring device, the first option; figure 2 is the same, the second option; figure 3 - time dependence of the difference of the lengths of the shoulders of a two-beam interferometer; figure 4 - time dependence of the signal at the output of the photodetector of the signal generation unit corresponding to the boundaries of the measurement range of the thickness of the transparent products; figure 5 - time dependence of the signal from the output of the photodetector, optically coupled to the second arm of the Y-shaped fiber distributor; figure 6 - time dependence of the signal from the output of the first photodetector; 7 is an embodiment of an optical coupling between a separation filter and a fiber beam splitter.

Интерферометрическое измерительное устройство (фиг.1) содержит низкокогерентный источник 1 света, высококогерентный источник 2 света, двухлучевой интерферометр 3, первый светоделитель 4, установленный на выходе двухлучевого интерферометра 3, второй светоделитель 5, установленный на входе двухлучевого интерферометра 3, первый фотоприемник 6, волоконный светоделитель 7 с входом 8 и М выходами 9.1, ... 9.(М-1), 9.М, (М-1) волоконно-оптических передающих линий 10.1÷10.(М-1), при этом каждая волоконно-оптическая передающая линия 10.1÷10.(М-1) выполнена с оптической измерительной головкой 11 на одном конце и с волоконным распределителем 12 Y-образного вида на другом конце. Кроме того, интерферометрическое измерительное устройство содержит (М-1) фотоприемников 13 и блок 14 формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений толщины прозрачных объектов. Двухлучевой интерферометр 3 выполнен, например, по схеме интерферометра Майкельсона и содержит светоделительный кубик 15, два отражателя, например глухих зеркала 16 и 17, расположенных под прямым углом друг относительно друга и симметрично относительно светоделительной поверхности 18 светоделительного кубика 15. Зеркало 16 установлено неподвижно, а зеркало 17 на модуляторе 19 оптической разности хода лучей (например, на электродинамической головке громкоговорителя, подключенной к генератору, например симметричного пилообразного напряжения) с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль входной оси 20 двухлучевого интерферометра 3, которая перпендикулярна его выходной оси 21. Вместо светоделительного кубика 15 в двухлучевом интерферометре 3 может быть использовано полупрозрачное зеркало 22 (фиг.2), а в качестве установленного на модуляторе 19 оптической разности хода лучей отражающего элемента может быть использован (также, как и в упомянутом выше патенте, см. US-A-№5341205, 1994 (фиг.13) уголковый отражатель 23, а в другом плече двухлучевого интерферометра 3 - уголковый отражатель 24. Использование в двухлучевом интерферометре 3 уголковых отражателей 23 и 24 (фиг.2) повышает устойчивость устройства к разъюстировке, обеспечивает удобство настройки (см. Г.Г.Земской и В.А.Савельев. Средства измерения линейных размеров с использованием ОКГ. М.: Машиностроение, 1977, с.31-32).The interferometric measuring device (Fig. 1) contains a low-coherent light source 1, a highly coherent light source 2, a two-beam interferometer 3, a first beam splitter 4, installed at the output of the two-beam interferometer 3, a second beam splitter 5, installed at the input of the two-beam interferometer 3, the first photodetector 6, fiber a beam splitter 7 with an input 8 and M outputs 9.1, ... 9. (M-1), 9.M, (M-1) fiber-optic transmission lines 10.1 ÷ 10. (M-1), with each fiber optical transmission line 10.1 ÷ 10. (M-1) is made with optical a measuring head 11 at one end and with a Y-shaped fiber distributor 12 at the other end. In addition, the interferometric measuring device comprises (M-1) photodetectors 13 and a signal generation unit 14 corresponding to the boundaries of the measurement range of the thickness of transparent objects. The two-beam interferometer 3 is made, for example, according to the Michelson interferometer scheme and contains a beam splitting cube 15, two reflectors, for example deaf mirrors 16 and 17, located at right angles to each other and symmetrically relative to the beam splitting surface 18 of the beam splitting cube 15. The mirror 16 is fixed, and mirror 17 on the modulator 19 of the optical difference of the path of the rays (for example, on the electrodynamic head of the speaker connected to the generator, for example a symmetrical sawtooth voltage) the possibility of reciprocating movement along the input axis 20 of the two-beam interferometer 3, which is perpendicular to its output axis 21. Instead of a beam splitting cube 15 in the two-beam interferometer 3, a translucent mirror 22 can be used (FIG. 2), and the optical path difference mounted on the modulator 19 rays of the reflecting element can be used (as well as in the aforementioned patent, see US-A-No. 5341205, 1994 (Fig. 13), an angle reflector 23, and in the other arm of a two-beam interferometer 3, an angle reflector al 24. The use of 3 angle reflectors 23 and 24 in a two-beam interferometer 3 (Fig. 2) increases the stability of the device to misalignment, provides ease of adjustment (see G.G. Zemsky and V.A.Saveliev. Means of measuring linear dimensions using laser. M .: Engineering, 1977, p.31-32).

Второй светоделитель 5 выполнен, например, в виде светоделительного кубика и установлен на входе двухлучевого интерферометра 3, при этом его выход оптически связан с входом двухлучевого интерферометра 3, а первый и второй входы - соответственно с низкокогерентным 1 и высококогерентным 2 источниками света с обеспечением параллельности между собой направляемых в двухлучевой интерферометр пучка 25 света от низкокогерентного источника 1 света (на фиг.1 направление распространения пучка 25 света показано стрелками с кружочком) и пучка 26 света от высокогерентного источника 2 света (на фиг.1 направление распространения пучка 26 света показано стрелками с крестиком). В качестве низкокогерентного источника 1 света может быть использован полупроводниковый суперлюминесцентный диод с продольной длиной когерентности 20-40 мкм, а в качестве высококогерентного источника 2 света может быть использован, например, полупроводниковый лазерный диод с продольной длиной когерентности, превышающей максимальную разность хода лучей в двухлучевом интерферометре 3.The second beam splitter 5 is made, for example, in the form of a beam splitter cube and is installed at the input of a two-beam interferometer 3, while its output is optically connected to the input of a two-beam interferometer 3, and the first and second inputs are respectively with low coherent 1 and highly coherent 2 light sources, ensuring parallel between a beam of light 25 directed from a low-coherence light source 1 directed into a two-beam interferometer (in Fig. 1, the propagation direction of the light beam 25 is shown by arrows with a circle) and the light beam 26 highly coherent light source 2 (in Fig. 1, the direction of propagation of the light beam 26 is shown by arrows with a cross). As a low coherence light source 1, a semiconductor superluminescent diode with a longitudinal coherence length of 20-40 μm can be used, and as a highly coherent light source 2, for example, a semiconductor laser diode with a longitudinal coherence length exceeding the maximum beam path difference in a two-beam interferometer 3.

Первый светоделитель 4 выполнен, например, в виде светоделительного кубика и установлен на выходе двухлучевого интерферометра 3 так, что его вход оптически связан с выходом двухлучевого интерферометра 3, при этом фотоприемник 6 оптически сопряжен с выходящим со стороны первого выхода светоделителя 4 пучком света 26 от высококогерентного источника 2 света. Второй выход светоделителя 4 оптически связан с входом 8 волоконного светоделителя 7 с обеспечением оптического сопряжения его с выходящим со стороны второго выхода светоделителя 4 пучком 25 света от низкокогерентного источника 1 света.The first beam splitter 4 is made, for example, in the form of a beam splitter cube and is installed at the output of the two-beam interferometer 3 so that its input is optically connected to the output of the two-beam interferometer 3, while the photodetector 6 is optically coupled to the light beam 26 coming from the side of the first beam splitter 4 from the highly coherent light source 2. The second output of the beam splitter 4 is optically coupled to the input 8 of the fiber beam splitter 7 to provide optical coupling with the light beam 25 coming from the side of the second output of the beam splitter 4 from a low coherent light source 1.

Первое плечо волоконного распределителя 12 Y-образного вида каждой i-ой волоконно-оптической передающей линии 10.1-10.(М-1) соединено с соответствующим ему i-ым, где i=1, 2, ... (М-1), выходом 9.1÷9.(М-1) волоконного светоделителя 7. Второе плечо волоконного распределителя 12 V-образного вида каждой волоконно-оптической передающей линии 10.1-10.(М-1) оптически связано с соответствующим ему фотоприемником 13.The first arm of the fiber distributor 12 of the Y-type of each i-th fiber optic transmission line 10.1-10. (M-1) is connected to its corresponding i-th, where i = 1, 2, ... (M-1) , output 9.1 ÷ 9. (M-1) of the fiber beam splitter 7. The second arm of the fiber distributor 12 of the V-shaped type of each fiber-optic transmission line 10.1-10. (M-1) is optically connected to its corresponding photodetector 13.

Блок 14 формирования сигналов, соответствующих границам диапазона измерений, соединен с 9.М выходом волоконного светоделителя 7 и выполнен в виде расположенных последовательно вдоль оптической оси эталона 27 Фабри-Перо, эталона 28 Фабри-Перо (см. М.Борн и Э.Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1970, с.359-372) и фотоприемника 29, при этом оптическая толщина эталона 27 Фабри-Перо соответствует разности хода лучей в двухлучевом интерферометре на нижней границе диапазона измерений, а оптическая толщина эталона 28 Фабри-Перо соответствует разности хода лучей в двухлучевом интерферометре 3 на верхней границе диапазона измерений.Block 14 of the formation of signals corresponding to the boundaries of the measuring range is connected to the 9.M output of the fiber beam splitter 7 and is made in the form of a Fabry-Perot standard 27, a Fabry-Perot standard 28 located in series along the optical axis (see M. Born and E. Wolf. Fundamentals of Optics. M .: Nauka, 1970, p. 359-372) and a photodetector 29, the optical thickness of the Fabry-Perot etalon 27 corresponds to the difference in the beam path in a two-beam interferometer at the lower boundary of the measurement range, and the optical thickness of the Fabry-Perot etalon 28 corresponds to the difference in the rays in d vuhluchevoy interferometer 3 at the upper limit of the measurement range.

Представленный на фиг.2 второй вариант осуществления изобретения отличается от описанного выше тем, что для обеспечения распространения в двухлучевом интерферометре 3 пучков света от источников 1 и 2 света строго по одному и тому же пути используется низкокогерентный источник света с одной длиной волны - λ₁ и высококогерентный источник 2 света с другой длиной волны-λ₂. Иными словами, используется частотное разделение световых пучков от различных источников.The second embodiment of the invention shown in FIG. 2 differs from that described above in that in order to ensure the propagation of light beams from light sources 1 and 2 in a two-beam interferometer 3, a low coherent light source with a single wavelength λ ₁ and is used in exactly the same way highly coherent light source 2 with a different wavelength-λ ₂ . In other words, the frequency separation of light beams from various sources is used.

В этом случае фотоприемник 6 имеет спектральную характеристику чувствительности, соответствующую длине волны λ₂, а фотоприемники 13 и 29 спектральную характеристику чувствительности, соответствующую длине волны λ₁. Вместо светоделителей 4 и 5 в представленном на фиг.2 варианте выполнения интерференционного измерительного устройства используются соединительный фильтр 30 (оптический мультиплексор) для оптических волн с длиной λ₁ и λ₂ и разделительный фильтр 31 (оптический мультиплексор) для оптических волн с длиной λ₁ и λ₂, выполненные, например, на основе многослойной диэлектрической структуры (см. например Т.Окоси и др. Волоконно-оптические датчики. Л.: Энергоатомиздат, 1991, с.115-116). Соединительный фильтр 30 установлен на входе двухлучевого интерферометра 3, при этом вход соединительного фильтра 30, соответствующий длине волны λ₁, соединен с выходом низкокогерентного источника 1 света, а вход соединительного фильтра 30, соответствующий длине волны λ₂, соединен с выходом высококогерентного источника 2 света. Выход соединительного фильтра 30 оптически связан с входом двухлучевого интерферометра 3. На выходе двухлучевого интерферометра 3 установлен разделительный фильтр 31, вход которого оптически связан с выходом двухлучевого интерферометра 3, выход, соответствующий длине волны λ₁, соединен с входом 8 волоконного светоделителя 7, а выход, соответствующий длине волны λ₂, оптически сопряжен с фотоприемником 6. В принципе вместо соединительного 30 и разъединительного 31 фильтров могут быть использованы соответстующие длинам волн λ₁ и λ₂ дихроичные зеркала. Однако это приведет к снижению устойчивости устройства к разъюстировке, увеличению трудоемкости при настройке и увеличению потерь света.In this case, the photodetector 6 has a spectral sensitivity characteristic corresponding to a wavelength of λ ₂ , and photodetectors 13 and 29 a spectral sensitivity characteristic corresponding to a wavelength of λ ₁ . Instead of the beam splitters 4 and 5, in the embodiment of the interference measuring device shown in FIG. 2, a connecting filter 30 (optical multiplexer) for optical waves with a length of λ ₁ and λ ₂ and a separation filter 31 (optical multiplexer) for optical waves with a length of λ ₁ and λ ₂ , made, for example, on the basis of a multilayer dielectric structure (see, for example, T. Okosi et al. Fiber-optic sensors. L .: Energoatomizdat, 1991, p. 115-116). The connecting filter 30 is installed at the input of the two-beam interferometer 3, while the input of the connecting filter 30 corresponding to the wavelength λ ₁ is connected to the output of the low coherent light source 1, and the input of the connecting filter 30 corresponding to the wavelength λ ₂ is connected to the output of the highly coherent light source 2 . The output of the connecting filter 30 is optically connected to the input of the two-beam interferometer 3. At the output of the two-beam interferometer 3, a separation filter 31 is installed, the input of which is optically connected to the output of the two-beam interferometer 3, the output corresponding to the wavelength λ ₁ is connected to the input 8 of the fiber beam splitter 7, and the output corresponding to a wavelength of λ ₂ is optically coupled to a photodetector 6. In principle, instead of a connecting 30 and a disconnecting 31 filters, corresponding to the wavelengths λ ₁ and λ ₂ dichroic mirrors. However, this will lead to a decrease in the device's resistance to misalignment, an increase in the complexity of tuning, and an increase in light loss.

Волоконно-оптические передающие линии 10.1-10.(М-1), а также волоконный светоделитель 7 могут быть изготовлены из одномодовых или многомодовых оптических волокон, широко используемых в технике оптической связи. Оптические измерительные головки 11 предназначены для направления излучения от низкокогерентного источника 1 света на соответствующий каждой из них локальный участок контролируемого объекта 32 или на соответствующий каждой из них контролируемый объект и для наиболее полного приема отраженного света. В предпочтительном варианте осуществления изобретения оптические головки 11 выполнены на основе микролинз 33 (см. патент US-А-№5341205, 1994). В ряде случаев целесообразно использовать волоконно-оптическую передающую линию 34 (фиг.7) для оптической связи входа 8 волоконного светоделителя 7 с выходом разделительного фильтра 31, соответствующего длине волны λ₁. Аналогичная волоконно-оптическая передающая линия может быть использована и в представленном на фиг.1 варианте выполнения изобретения.Fiber optic transmission lines 10.1-10. (M-1), as well as a fiber splitter 7 can be made of single-mode or multimode optical fibers, widely used in optical communication technology. Optical measuring heads 11 are designed to direct radiation from a low coherent light source 1 to a local portion of a controlled object 32 corresponding to each of them or to a controlled object corresponding to each of them and for the most complete reception of reflected light. In a preferred embodiment of the invention, the optical heads 11 are made on the basis of microlenses 33 (see US-A-No. 5341205, 1994). In some cases, it is advisable to use a fiber optic transmission line 34 (Fig.7) for optical communication of the input 8 of the fiber beam splitter 7 with the output of the separation filter 31 corresponding to a wavelength of λ ₁ . A similar fiber optic transmission line can be used in the embodiment of the invention shown in FIG.

Интерферометрическое измерительное устройство работает следующим образом.Interferometric measuring device operates as follows.

Пучок 25 монохроматического с длиной волны λ₁ или немонохроматического света с центральной длиной волны λ₁ от низкокогерентного источника 1 света, пройдя установленный на входе двухлучевого интерферометра 3 светоделитель 5 направляется в двухлучевой интерферометр 3 параллельно его входной оси 20. С помощью светоделительного кубика 15 излучение низкокогерентного источника 1 света расщепляется на два направленных под прямым углом друг к другу луча одинаковой амплитуды, при этом один луч направляется параллельно выходной оси 21 двухлучевого интерферометра на неподвижное зеркало 16, а другой - параллельно входной оси 20 на установленное на модуляторе 19 оптической разности хода подвижное зеркало 17. Так как зеркала 16 и 17 выполнены глухими и установлены перпендикулярно соответственно выходной 21 и входной 20 осям двухлучевого интерферометра 3, то упомянутые выше лучи, отразившись от соответствующих зеркал 16 и 17 и изменив свое направление распространения на противоположное, вновь соединяются с помощью светоделительного кубика 15 в пучок, распространяющийся параллельно выходной оси 21 в направлении к светоделителю 4, а далее (в частном случае по волоконно-оптической передающей линии 34, аналогично тому, как показано на фиг.7) на вход 8 волоконного светоделителя 7. Таким образом, на вход 8 волоконного светоделителя 7 поступает излучение, представляющее собой суперпозицию двух лучей, оптическая разность хода между которыми изменяется по тому же закону, что и изменение разности длин - ΔL плеч (расстояний от светоделительной поверхности 18 светоделительного кубика 15 до соответственно зеркал 16 и 17) двухлучевого интерферометра 3, например по пилообразному закону (фиг.3). Разность длин ΔL плеч двухлучевого интерферометра изменяется в диапазоне от ΔL_min до ΔL_max, при этом величины ΔL_min и ΔL_max выбираются таким образом, чтобы ΔL_min была меньше нижней границы D₁ диапазона измерений, a ΔL_max была больше верхней границы D₂ диапазона измерений толщины прозрачных или слабопоглощающих объектов. С помощью волоконного светоделителя 7 излучение, поступившее на его вход 8, разделяется на М пучков, при этом с каждого выхода от 9.1 до 9.(М-1) волоконного светоделителя 7 излучение поступает в первое плечо волоконного распределителя 12 Y-образного вида соответствующей волоконно-оптической передающей линии 10.1÷10.(М-1). Распространяющееся по каждой волоконно-оптической передающей линии 10.1÷10.(М-1) излучение, как уже отмечалось выше, представляет собой суперпозицию двух лучей, с помощью соответствующей оптической измерительной головки 11 направляется, например, на соответствующий локальный участок поверхности контролируемого объекта 32. Падающее на каждый контролируемый участок излучение отражается, при этом каждый его луч претерпевает отражение, как от передней, так и от задней поверхности объекта 32. Таким образом, отраженное от каждого локального контролируемого участка объекта 32 излучение представляет собой суперпозицию уже четырех волн. Излучение, отраженное от каждого контролируемого участка объекта 32 собирается соответствующей оптической измерительной головкой 11 и далее по соответствующей волоконно-оптической передающей линии 10.1÷10.(М-1) поступает на соответствующий фотоприемник 13. Таким образом, на каждый фотоприемник 13 поступают две волны, отразившиеся от передней поверхности контролируемого участка объекта 32, и две волны, отразившиеся от его задней поверхности. Если оптическая разность хода лучей, направляемых на объект 32, и удвоенная оптическая толщина D_о (2D_o=2nd_o) контролируемого объекта 32 (где n - показатель преломления материала объекта 32, a d_o - его толщина [М], различаются не более, чем на продольную длину когерентности низкокогерентного источника 1 света, которая для суперлюминесцентных полупроводниковых диодов составляет 20÷40 мкм, то только две волны будут интерферировать, а именно: волна, получившая задержку в двухлучевом интерферометре 3 (отразившаяся от зеркала 17) и отразившаяся затем от передней поверхности объекта 32, будет интерферировать с волной, не получившей задержку в двухлучевом интерферометре 3 (отразившаяся от зеркала 16) и отразившейся затем от задней поверхности объекта 32. Таким образом, при выполнении указанного выше условия на выходе фотоприемников 13 появится сигнал U₁₃ (фиг.5), свидетельствующий о возникновении интерференции в его плоскости.Beam 25 of monochromatic with a wavelength of λ ₁ or nonmonochromatic light with a central wavelength of λ ₁ from a low-coherent light source 1, passing through a beam splitter 5 installed at the input of a two-beam interferometer 3, is sent to the two-beam interferometer 3 parallel to its input axis 20. Using a beam-splitting cube 15, the radiation of a low-coherent light source 1 is split into two beams of the same amplitude directed at right angles to each other, while one beam is directed parallel to the output axis 21 of the two-beam of the interferometer to a fixed mirror 16 and the other parallel to the input axis 20 to a movable mirror 17 mounted on the optical difference path modulator 19. Since the mirrors 16 and 17 are blind and mounted perpendicularly to the output 21 and input 20 axes of the two-beam interferometer 3, respectively, the above the rays, reflected from the corresponding mirrors 16 and 17 and changing their propagation direction to the opposite, are again connected using a beam splitting cube 15 into a beam propagating parallel to the output axis 2 1 in the direction of the beam splitter 4, and then (in the particular case of the fiber optic transmission line 34, similar to that shown in Fig. 7) to the input 8 of the fiber beam splitter 7. Thus, radiation is received at the input 8 of the fiber beam splitter 7, which is a superposition of two beams, the optical path difference between them changes according to the same law as the change in the length difference ΔL of the shoulders (distances from the beam splitting surface 18 of the beam splitting cube 15 to the mirrors 16 and 17, respectively) of the two-beam interferometer 3, n Example sawtooth (Figure 3). The difference in the lengths ΔL of the arms of the two-beam interferometer varies in the range from ΔL _min to ΔL _max , and the values ΔL _min and ΔL _max are chosen so that ΔL _{min is} less than the lower boundary D _{1 of} the measuring range, and ΔL _{max is} greater than the upper boundary D _{2 of the} range thickness measurements of transparent or weakly absorbing objects. Using a fiber beam splitter 7, the radiation received at its input 8 is divided into M beams, and from each output from 9.1 to 9. (M-1) fiber beam splitter 7, the radiation enters the first arm of the Y-shaped fiber distributor 12 of the corresponding fiber Optical transmission line 10.1 ÷ 10. (M-1). The radiation propagating through each fiber-optic transmission line 10.1 ÷ 10. (M-1), as already noted above, is a superposition of two rays, with the help of the corresponding optical measuring head 11 it is directed, for example, to the corresponding local area on the surface of the controlled object 32. The radiation incident on each monitored area is reflected, while each of its rays undergoes reflection both from the front and back surfaces of the object 32. Thus, reflected from each local counter liruemogo portion of the object 32 is the superposition of the radiation has four waves. The radiation reflected from each controlled area of the object 32 is collected by the corresponding optical measuring head 11 and then through the corresponding fiber-optic transmission line 10.1 ÷ 10. (M-1) is transmitted to the corresponding photodetector 13. Thus, two waves arrive at each photodetector 13, reflected from the front surface of the controlled area of the object 32, and two waves reflected from its rear surface. If the optical difference in the path of the rays directed to the object 32, and the doubled optical thickness D _о (2D _o = 2nd _o ) of the controlled object 32 (where n is the refractive index of the material of the object 32, ad _o is its thickness [M], differ no more than than the longitudinal coherence length of a low coherent light source 1, which is 20–40 μm for superluminescent semiconductor diodes, then only two waves will interfere, namely: a wave that receives a delay in a two-beam interferometer 3 (reflected from mirror 17) and then reflected from the cross over days of the surface of the object 32, it will interfere with the wave that does not receive a delay in the two-beam interferometer 3 (reflected from the mirror 16) and then reflected from the back surface of the object 32. Thus, when the above conditions are met, the signal U ₁₃ will appear at the output of the photodetectors ₁₃ (Fig. .5), indicating the occurrence of interference in its plane.

Следовательно, по самому факту появления в плоскости фотоприемников 13 интерференционной картины может быть измерена оптическая толщина D_о контролируемого объекта 32 с точностью до продольной длины когерентности низкокогерентного источника 1 света, а по положению интерференционных максимумов можно измерить оптическую толщину объекта 32 с точностью до долей длины волны низкокогерентного источника 1 света.Therefore, by the very fact that an interference pattern appears in the plane of the photodetectors 13, the optical thickness D _{о of the} controlled object 32 can be measured accurate to the longitudinal coherence length of the low coherent light source 1, and the optical thickness of the object 32 can be measured to within a fraction of the wavelength from the position of the interference maxima low coherence light source 1.

С выхода 9.М волоконного светоделителя 7 излучение направляется в блок 14 формирования сигналов, соответствующих границам D₁ и D₂ диапазона измерений. В процессе модуляции оптической разности хода лучей в двухлучевом интерферометре 3 на выходе фотоприемника 29 будут наблюдаться два сигнала U₂₉ (фиг.4), максимумы которых будут соответствовать моментам времени, когда разность длин плеч двухлучевого интерферометра 3 ΔL=D₁ равна оптической толщине интерферометра 27 Фабри-Перо и моменту времени, когда разность длин плеч двухлучевого интерферометра 3 ΔL=D₂ равна оптической толщине интерферометра 28 Фабри-Перо. Следовательно отпадает необходимость в периодической градуировке устройства при длительной его работе.From the output 9. M of the fiber beam splitter 7, the radiation is directed to the block 14 of the formation of signals corresponding to the boundaries D ₁ and D _{2 of} the measurement range. During the modulation of the optical path difference in the two-beam interferometer 3 a photodetector 29 at the output will be observed two signals U ₂₉ (Figure 4), the maxima of which correspond moments of time when the difference in arms lengths two-beam interferometer 3 ΔL = D ₁ is equal to the optical thickness of the interferometer 27 Fabry-Perot and the point in time when the difference in the lengths of the shoulders of the two-beam interferometer 3 ΔL = D ₂ is equal to the optical thickness of the interferometer 28 Fabry-Perot. Therefore, there is no need for periodic calibration of the device during its long operation.

Положение зеркала 17 определяется оптическим методом с помощью высококогерентного источника 2 света, имеющего ту же длину волны, что и низкокогерентный источник света 1. Пучок 26 света от высококогерентного источника 2 света с помощью установленного на входе двухлучевого интерферометра 3 светоделителя 5 направляется в двухлучевой интерферометр 3 параллельно пучку 25 света и входной оси 20 двухлучевого интерферометра 3. Расстояние между световыми пучками 25 и 26 выбирается таким, чтобы не было их взаимного поперечного перекрытия. С помощью светоделительного кубика 15 излучение высококогерентного источника 2 света расщепляется на два направленных под прямым углом друг к другу луча одинаковой интенсивности, при этом один луч направляется параллельно входной оси 20 на подвижное зеркало 17, а другой - параллельно выходной оси 21 на неподвижное зеркало 16. Так как зеркала 16 и 17 выполнены глухими и установлены перпендикулярно соответственно выходной 21 и входной 20 осям двухлучевого интерферометра 3, то лучи, отразившись от соответствующих зеркал 16 и 17 и изменив свое направление распространения на противоположное, вновь соединяются с помощью светоделительного кубика 15 в пучок, распространяющийся параллельно выходной оси 21 в направлении к светоделителю 4, с помощью которого он направляется на фотоприемник 6. Так как продольная длина когерентности высококогерентного источника 2 света больше 2ΔL_max, то будет иметь место интерференция лучей, падающих на фотоприемник 6, во всем диапазоне модуляции оптической разности хода лучей в двухлучевом интерферометре 3, при этом временная зависимость сигнала с выхода фотоприемника 6 будет иметь вид периодического сигнала, период которого соответствует изменению длин плеч двухлучевого интерферометра на λ₂/2 (фиг.6). Таким образом, измеряя количество N₁ периодов в сигнале U₆ с выхода фотоприемника 6 от момента, соответствующего максимуму сигнала U₂₉ с выхода фотоприемника 29 от эталона 27 Фабри-Перо (фиг.4), и моментом времени, соответствующим максимуму сигнала U₁₃ с выхода фотоприемника 13 (фиг.5), а также, измеряя количество N₀ периодов в сигнале с выхода фотоприемника 6 между моментами времени, соответствующими максимумам сигналов на выходе фотоприемника 29 от эталонов 27 и 29 Фабри-Перо, определяют оптическую толщину контролируемого объекта 32 из зависимости: D_o=N₁(D₂-D₁)/N_o. При этом обеспечивается автоматическое введение поправки на нестабильность длины волны высококогерентного источника 2 света, так как λ₂/2=(D₂-D₁)/N_o, что очень важно при длительном, непрерывном контроле технологического процесса изготовления изделий.The position of the mirror 17 is determined by the optical method using a highly coherent light source 2 having the same wavelength as the low coherent light source 1. A beam 26 of light from a highly coherent light source 2 is sent to the two-beam interferometer 3 in parallel with the two-beam interferometer 3 in parallel with the two-beam interferometer 3 the light beam 25 and the input axis 20 of the two-beam interferometer 3. The distance between the light beams 25 and 26 is chosen so that there is no mutual transverse overlap. Using a beam splitting cube 15, the radiation of a highly coherent light source 2 is split into two beams of the same intensity directed at right angles to each other, with one beam being directed parallel to the input axis 20 to the movable mirror 17, and the other parallel to the output axis 21 to the fixed mirror 16. Since the mirrors 16 and 17 are made blind and mounted perpendicularly respectively to the output 21 and input 20 axes of the two-beam interferometer 3, the rays, reflected from the corresponding mirrors 16 and 17 and changing its direction propagation to the opposite, again connected using a beam splitter cube 15 into a beam propagating parallel to the output axis 21 towards the beam splitter 4, with which it is directed to the photodetector 6. Since the longitudinal coherence length of the highly coherent light source 2 is more than 2ΔL _max , then there is interference of the rays incident on the photodetector 6 over the entire modulation range of the optical difference in the path of the rays in the two-beam interferometer 3, while the time dependence of the signal from the output of the photodetector ISRC 6 will have the form of a periodic signal whose period corresponds to the variation of the lengths of the arms on the two-beam interferometer λ _2/2 (Figure 6). Thus, by measuring the number of N ₁ periods in the signal U ₆ from the output of the photodetector 6 from the moment corresponding to the maximum of the signal U ₂₉ from the output of the photodetector 29 from the Fabry-Perot standard 27 (Fig. 4), and by the time corresponding to the maximum of the signal U ₁₃ s the output of the photodetector 13 (Fig. 5), and also, by measuring the number of N ₀ periods in the signal from the output of the photodetector 6 between times corresponding to the maximums of the signals at the output of the photodetector 29 from Fabry-Perot etalons 27 and 29, the optical thickness of the monitored object 32 is determined from dependencies: D _o = N ₁ (D ₂ -D ₁ ) / N _o . This provides for an automatic correction for the instability of wavelength highly coherent light source 2, because the λ _2/2 = (D ₂ -D ₁₎ / N _o, which is very important for prolonged, continuous monitoring of technological process of manufacturing products.

С другой стороны, изобретение позволяет снизить требования к стабильности длины волны высококогерентного источника 2 света, то есть позволяет использовать недорогие полупроводниковые лазеры.On the other hand, the invention reduces the requirements for wavelength stability of a highly coherent light source 2, that is, allows the use of low-cost semiconductor lasers.

Во втором варианте осуществления изобретения (фиг.2), в отличие от описанного выше, используется высококогерентный источник света 2 с другой длиной волны λ₂. В результате упрощается настройка устройства, так как с помощью соединительного фильтра 30 осуществляется сведение излучений обоих источников 1 и 2 света в один пучок, распространяющийся в двухлучевом интерферометре 3. На фиг.2 изображен двухлучевой интерферометр 3, имеющий вместо светоделительного кубика 15 полупрозрачное зеркало 22, а также дополнительно два уголковых отражателя 23 и 24. Однако конкретное выполнение двухлучевого интерферометра 3 не является существенным признаком. Иными словами, при осуществлении второго варианта изобретения может быть использован и двухлучевой интерферометр 3, представленный на фиг.1.In the second embodiment of the invention (FIG. 2), in contrast to the one described above, a highly coherent light source 2 with a different wavelength λ _{2 is used} . As a result, the device configuration is simplified, since with the help of the connecting filter 30 the radiation of both light sources 1 and 2 is brought together into a single beam propagating in a two-beam interferometer 3. Figure 2 shows a two-beam interferometer 3 having a translucent mirror 22 instead of a beam splitting cube 15, as well as an additional two corner reflectors 23 and 24. However, the specific implementation of the two-beam interferometer 3 is not an essential feature. In other words, in the implementation of the second embodiment of the invention, a two-beam interferometer 3 shown in FIG. 1 can also be used.

Пучок света, включающий излучение на длине волны λ₁ и излучение на длине волны λ₂, направляется в двухлучевой интерферометр 3 вдоль его входной оси 20. С помощью светоделительного зеркала 22 пучок света расщепляется на два, направленных под прямым углом друг к другу, луча одинаковой амплитуды, при этом первый луч направляется вдоль выходной оси 21 на неподвижный уголковый отражатель 24, а второй - вдоль входной оси 20 на установленный на модуляторе 19 оптический разности хода подвижный уголковый отражатель 23. Выходящий из уголкового отражателя 24 первый луч, отразившись от зеркала 16, изменяет свое направление распространения на противоположное и вновь соединяется с помощью светоделительного зеркала 22 со вторым световым лучом, который, выйдя из уголкового отражателя 23, также изменяет свое направление распространения на противоположное. Теперь пучок, содержащий излучение на длинах волн λ₁ и λ₂, распространяется вдоль выходной оси 21 двухлучевого интерферометра 3 в направлении ко входу разъединительного фильтра 31, в частном случае по волоконно-оптической передающей линии 31 (фиг.7). Излучение в виде суперпозиции двух волн от высококогерентного источника 2 света поступает на вход фотоприемника 6, а излучение в виде суперпозиции двух волн от низкокогерентного источника 1 света поступает на вход 8 волоконного светоделителя 7. Далее работа устройства ничем не отличается от работы устройства согласно первому варианту.A beam of light, including radiation at a wavelength of λ ₁ and radiation at a wavelength of λ ₂ , is sent to a two-beam interferometer 3 along its input axis 20. Using a beam splitter mirror 22, the light beam is split into two identical beams directed at right angles to each other amplitude, while the first beam is directed along the output axis 21 to a fixed corner reflector 24, and the second along the input axis 20 to a movable corner reflector 23 mounted on the modulator 19 of the optical travel difference. Exiting from the corner reflector 24 the first beam, reflected from the mirror 16, changes its propagation direction to the opposite and is again connected using a beam splitter mirror 22 with the second light beam, which, coming out of the corner reflector 23, also changes its propagation direction to the opposite. Now the beam containing radiation at wavelengths λ ₁ and λ ₂ propagates along the output axis 21 of the two-beam interferometer 3 in the direction to the input of the isolation filter 31, in the particular case along the fiber-optic transmission line 31 (Fig. 7). Radiation in the form of a superposition of two waves from a highly coherent light source 2 is fed to the input of the photodetector 6, and radiation in the form of a superposition of two waves from a low coherent light source 1 is supplied to the input 8 of a fiber beam splitter 7. Further, the operation of the device is no different from the operation of the device according to the first embodiment.

Изобретение может быть использовано для многопозиционного бесконтактного контроля толщины или показателя преломления прозрачных слоев, а также физических величин, от которых зависят вышеупомянутые величины.The invention can be used for multi-position non-contact control of the thickness or refractive index of transparent layers, as well as physical quantities on which the above values depend.

Claims

1. An interferometric measuring device comprising a low coherent light source, a high coherent light source, a two-beam interferometer configured to periodically modulate the optical difference in the path of its rays, at the output of which a first beam splitter, a first photodetector optically coupled to the first output of the first beam splitter, a second photodetector, fiber optic transmission line with an optical measuring head at one end and a Y-shaped fiber distributor at its other end, characterized in that it further comprises a signal generation unit corresponding to the boundaries of the measurement range, a fiber splitter with one input and M outputs, M-2 fiber-optic transmission lines, each of which is made with an optical measuring head at one end and with a Y-shaped fiber distributor at the other end, an M-2 photodetector and a second beam splitter, the output of which is optically coupled to the input of the two-beam interferometer, the first and second inputs of the second LED lasers are optically coupled respectively to low-coherent and highly coherent light sources, ensuring parallel between the light beams sent to the two-beam interferometer from the above light sources, the first photodetector is optically coupled to the light beam exiting from the first output of the first beam splitter from the highly coherent light source, the second output of the first beam splitter optically connected to the input of the fiber beam splitter to provide optical pairing with it coming from the sides the second output of the first beam splitter by a light beam from a low coherent light source, the first arm of the Y-shaped fiber distributor of each i-th fiber optic transmission line is connected to the corresponding i-th fiber splitter output, where i = 1, 2, ..., M-1, and the second arm of the Y-shaped fiber distributor of each i-th fiber-optic transmission line is optically connected to its corresponding (i + 1) -th photodetector, the signal generation unit corresponding to the boundaries of the measurement range is connected to M-m at the output of the fiber beam splitter and is made in the form of two Fabry-Perot etalons and a corresponding photodetector located in series along the optical axis, the optical thickness of one Fabry-Perot etalon corresponding to the difference in the beam path in a two-beam interferometer at the lower boundary of the measurement range, and the optical thickness of the other Fabry-Perot etalon The pen corresponds to the difference in the path of the rays in a two-beam interferometer at the upper limit of the measurement range.

2. An interferometric measuring device containing a low coherent light source with a wavelength of λ ₁ , a highly coherent light source with a wavelength of λ ₂ , a two-beam interferometer that is capable of periodically modulating the optical difference of the path of its rays, the first photodetector, whose spectral sensitivity characteristic corresponds to the wavelength λ ₂ , the second photodetector, the spectral characteristic of which corresponds to a wavelength of λ ₁ , a fiber optic transmission line with an optical beam a lug at one end and a Y-shaped fiber distributor at its other end, characterized in that it further comprises a signal generation unit corresponding to the boundaries of the measurement range, a fiber splitter with one input and M outputs, M-2 fiber-optic transmission lines each of which is made with an optical measuring head at one end and with a Y-shaped fiber distributor at the other end, M-2 photodetectors, whose spectral sensitivity characteristic corresponds to ine wavelength λ _1, a is also mounted on the input two-beam interferometer coupling filter for optical waves of wavelength λ ₁ and λ _2, and at its output - a separating filter for optical waves of wavelength λ ₁ and λ _2, wherein the input connector of the filter corresponding to the wavelength λ ₁ is connected to the output of the low coherent light source, the input of the connecting filter corresponding to the wavelength λ ₂ is connected to the output of the highly coherent light source, and the output of the separation filter corresponding to the wavelength λ ₁ is connected to the input of the fiber the beam splitter, the output of the separation filter corresponding to the wavelength λ ₂ is optically coupled to the first photodetector, the first arm of the Y-shaped fiber distributor of each i-th fiber optic transmission line is connected to the corresponding i-th output of the fiber splitter, where i = 1 , 2, ..., M-1, and the second arm of the fiber-optic transmission line is optically coupled to its corresponding (i + 1) -th photodetector, the spectral sensitivity characteristic of which corresponds to the wavelength λ ₁ , the signal generating unit c, corresponding to the boundaries of the measurement range, is connected to the Mth output of the fiber beam splitter and is made in the form of two Fabry-Perot standards and a corresponding photodetector located in series along the optical axis, the spectral sensitivity characteristic of which corresponds to a wavelength of λ ₁ , while the optical thickness of one Fabry standard - The pen corresponds to the difference in the path of the rays in the two-beam interferometer at the lower boundary of the measurement range, and the optical thickness of the second Fabry-Perot standard corresponds to the difference the beam path in a two-beam interferometer at the upper limit of the measurement range.