RU2667335C1 - Two-beam interferometer (variants) - Google Patents
Two-beam interferometer (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667335C1 RU2667335C1 RU2017141671A RU2017141671A RU2667335C1 RU 2667335 C1 RU2667335 C1 RU 2667335C1 RU 2017141671 A RU2017141671 A RU 2017141671A RU 2017141671 A RU2017141671 A RU 2017141671A RU 2667335 C1 RU2667335 C1 RU 2667335C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- light beam
- collimated light
- angle
- rotation
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 48
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 44
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001093 holography Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 17
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к оптической голографии и предназначено для формирования периодических интерференционных картин, которые применяются, например, для записи голографических дифракционных решеток, плоских и гофрированных, создания периодических структур различной размерности (одно-, двух- и трехмерных), в том числе фотонных кристаллов различных кристаллических систем, реализации статических Фурье-спектрометров, используемых в спектральном анализе, для создания брэгговских зеркал, частотных и поляризационных фильтров в оптических волокнах и волноводах, для управления частотой генерации лазеров с распределенной обратной связью, для целей кодирования, декодирования и хранения информации, в фотолитографии и в других областях.The claimed invention relates to optical holography and is intended for the formation of periodic interference patterns, which are used, for example, to record holographic diffraction gratings, flat and corrugated, to create periodic structures of various dimensions (one-, two- and three-dimensional), including photonic crystals of various crystalline systems, implementation of static Fourier spectrometers used in spectral analysis to create Bragg mirrors, frequency and polarization filters in optical fibers and waveguides, for controlling the frequency of generation of lasers with distributed feedback, for the purpose of encoding, decoding and storing information, in photolithography and in other fields.
Известно техническое решение, реализуемое в изготовлении оптической дифракционной решетки с переменной пространственной частотой (патент DE 1285763 «Verfahren zur Herstellung optischer Beugungsgitter», МПК G02B 5/18, G02B 5/32, опубликовано 19.12.1968), в котором коллимированный световой пучок направляют на полупрозрачное зеркало, расщепляющее этот пучок на два парциальных световых пучка, на пути прошедшего через полупрозрачное зеркало парциального светового пучка устанавливают второе зеркало; оба зеркала ориентируют таким образом, чтобы отраженные от них парциальные световые пучки пересекались на фотопластинке и интерферировали на ней, образуя на фоточувствительном слое эквидистантные полосы. Изменение пространственной частоты полос производят изменением угла схождения парциальных пучков путем поворота зеркал, причем это изменение сопровождается перемещением области взаимного перекрытия парциальных световых пучков.A technical solution is known that is implemented in the manufacture of an optical diffraction grating with variable spatial frequency (patent DE 1285763 "Verfahren zur Herstellung optischer Beugungsgitter", IPC G02B 5/18, G02B 5/32, published December 19, 1968), in which the collimated light beam is directed to a translucent mirror splitting this beam into two partial light beams; a second mirror is installed on the path of the partial light beam passing through the translucent mirror; both mirrors are oriented in such a way that the partial light beams reflected from them intersect on the photographic plate and interfere on it, forming equidistant bands on the photosensitive layer. The spatial frequency of the bands is changed by changing the angle of convergence of the partial beams by turning the mirrors, and this change is accompanied by a movement of the region of mutual overlap of the partial light beams.
Недостатками известного технического решения являются неустранимая разность длин оптических путей парциальных световых пучков, что требует высокую временную когерентность коллимированного светового пучка, необходимость перемещать фотопластинку вслед за перемещением области пересечения парциальных световых пучков, высокая чувствительность к вибрациям, обусловленная наличием двух юстируемых зеркал.The disadvantages of the known technical solution are the fatal difference in the optical path lengths of the partial light beams, which requires a high temporal coherence of the collimated light beam, the need to move the photographic plate after moving the region of intersection of the partial light beams, and high sensitivity to vibrations due to the presence of two adjustable mirrors.
Известно техническое решение, реализуемое в изготовлении трехмерной дифракционной решетки (патент US 3507564, «Method of making a tree-dimensional diffraction grating», МПК G02B 5/18, опубликовано 21.04.1970), состоящее в том, что коллимированный пучок монохроматического света направляют на наклонную светоделительную пластину, расщепляющую этот пучок на проходящий и отраженный парциальные световые пучки, на пути этих пучков устанавливают два зеркала, направляющие их к блоку из фоточувствительного материала, где парциальные световые пучки взаимно перекрываются, формируя внутри этого блока эквидистантные интерференционные полосы. Интервал между полосами варьируют путем изменения угла схождения парциальных световых пучков, вращая два зеркала во взаимно противоположных направлениях вокруг осей, перпендикулярных плоскости падения. При изменении угла схождения положение блока корректируют так, чтобы парциальные световые пучки вновь пересекались внутри него.A technical solution is known that is implemented in the manufacture of a three-dimensional diffraction grating (US Pat. No. 3507564, “Method of making a tree-dimensional diffraction grating”, IPC G02B 5/18, published April 21, 1970), consisting in the fact that the collimated beam of monochromatic light is directed to an inclined beam splitting plate splitting this beam into transmitted and reflected partial light beams, two mirrors are installed in the path of these beams, directing them to a block of photosensitive material, where the partial light beams mutually overlap, forming an extra Three of the block equidistant fringes. The interval between the bands varies by changing the angle of convergence of the partial light beams, rotating two mirrors in mutually opposite directions around axes perpendicular to the plane of incidence. When the angle of convergence changes, the position of the block is adjusted so that the partial light beams intersect again inside it.
Недостатками известного технического решения являются сложность в эксплуатации, обусловленная тем, что угол схождения задают путем взаимно независимой юстировки двух зеркал и дополнительно производят выравнивание длин оптических путей парциальных световых пучков, а блок из фоточувствительного материала перемещают в соответствии с изменением угла схождения, невозможность одновременной записи дифракционных решеток во всех трех измерениях, высокая чувствительность интерферометра к вибрациям из-за наличия юстируемых зеркал.The disadvantages of the known technical solution are the difficulty in operation, due to the fact that the convergence angle is set by mutually independent alignment of two mirrors and additionally align the optical paths of the partial light beams, and the block of photosensitive material is moved in accordance with the change in the convergence angle, the impossibility of simultaneous recording of diffraction arrays in all three dimensions, high sensitivity of the interferometer to vibrations due to the presence of adjustable mirrors.
Известно техническое решение, представленное в двухлучевом интерферометре, описанное в работе [Шелковников В.В., Васильев Е.В., Герасимова Т.Н., Пен Е.Ф., Плеханов А.И. Динамика импульсной записи голографических дифракционных решеток в фотополимерном материале. Оптика и спектроскопия, т. 99, №5, с. 838-847 (2005)] и широко используемое на практике. Оно содержит последовательно расположенные по ходу луча источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, разделяющий коллимированный световой пучок на два парциальных световых пучка, два зеркала, которые отражают падающие на них парциальные световые пучки по направлению друг к другу под заданным углом схождения, и светочувствительный элемент. Угол схождения изменяется путем взаимно независимой юстировки каждого из двух зеркал, причем изменение этого угла сопровождается перемещением области взаимного перекрытия парциальных световых пучков. Светочувствительный элемент совмещается с этой областью перекрытия, при переходе от одного значения угла схождения к другому светочувствительный элемент переустанавливается так, чтобы он совместился с новым положением области перекрытия парциальных световых пучков. При варьировании угла схождения происходит неконтролируемое изменение длины оптических путей этих пучков, поэтому дополнительно выполняется ряд измерительных и юстировочных операций по выравниванию упомянутых длин. В итоге каждое изменение угла схождения сопровождается юстировочными и измерительными работами, что усложняет эксплуатацию интерферометра и делает невозможной непрерывную перестройку угла схождения, вместе с тем наличие юстируемых зеркал повышает чувствительность интерферометра к вибрациям.A technical solution is known, presented in a two-beam interferometer, described in [Shelkovnikov V.V., Vasiliev E.V., Gerasimova T.N., Pen E.F., Plekhanov A.I. The dynamics of pulsed recording of holographic diffraction gratings in photopolymer material. Optics and Spectroscopy, T. 99, No. 5, p. 838-847 (2005)] and widely used in practice. It contains a collimated light beam source sequentially located along the beam, a beam splitting element dividing the collimated light beam into two partial light beams, two mirrors that reflect the partial light beams incident on them towards each other at a given angle of convergence, and a photosensitive element. The convergence angle is changed by mutually independent alignment of each of the two mirrors, and a change in this angle is accompanied by a movement of the region of mutual overlap of the partial light beams. The photosensitive element is combined with this overlapping region; when switching from one value of the convergence angle to another, the photosensitive element is reinstalled so that it is compatible with the new position of the overlapping region of the partial light beams. When varying the angle of convergence, an uncontrolled change in the length of the optical paths of these beams occurs, therefore, a number of measuring and adjustment operations are performed to align the mentioned lengths. As a result, each change in the convergence angle is accompanied by adjustment and measurement work, which complicates the operation of the interferometer and makes it impossible to continuously adjust the convergence angle, however, the presence of adjustable mirrors increases the sensitivity of the interferometer to vibrations.
Недостатками известного технического решения является высокая чувствительность интерферометра к вибрациям, а также сложность в эксплуатации.The disadvantages of the known technical solution is the high sensitivity of the interferometer to vibrations, as well as the difficulty in operation.
Известно техническое решение, реализуемое в дифракционной решетке с варьируемым периодом [Микерин С.Л., Угожаев В.Д. Перестраиваемый голографический интерферометр с неподвижными зеркалами, АВТОМЕТРИЯ, т. 48, №4, с. 20-32 (2012)]. Техническое решение осуществляется путем расщепления светоделительным кубиком коллимированного светового пучка на два парциальных световых пучка и последующего сведения этих пучков с помощью двух зеркал на светочувствительном элементе под изменяемым углом схождения. Два зеркала устанавливают неподвижно и зеркально-симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала на пути вышедших из светоделительного кубика парциальных световых пучков, благодаря чему и сами эти парциальные световые пучки, и область их взаимного перекрытия также оказываются зеркально-симметричными относительно указанной плоскости. Светочувствительный элемент помещают в указанную область перекрытия с возможностью перемещения. Угол схождения этих пучков непрерывно перестраивают изменением угла падения коллимированного светового пучка на входную поверхность светоделительного кубика, что осуществляется путем совместного вращения светоделительного кубика, двух зеркал и светочувствительного элемента вокруг оси, перпендикулярной плоскости падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало. Во всем диапазоне изменения угла схождения выполняется точное равенство оптических длин парциальных световых пучков по их осям на пути от точки их образования на светоделительном зеркале до точки взаимного перекрытия. Ось вращения располагают у входной поверхности светоделительного кубика так, чтобы поддерживать ширину входного зрачка вблизи ее возможного максимума. При таком положении этой оси перестройка угла схождения сопровождается перемещением упомянутой области перекрытия вдоль плоскости светоделительного зеркала, что требует соответствующего перемещения светочувствительного элемента.A known technical solution implemented in a diffraction grating with a variable period [Mikerin SL, Ugozhaev VD Tunable holographic interferometer with fixed mirrors, AUTOMETRY, t. 48, No. 4, p. 20-32 (2012)]. The technical solution is carried out by splitting a collimated light beam into two partial light beams by a beam splitting cube and then reducing these beams using two mirrors on a photosensitive element at a variable angle of convergence. Two mirrors are mounted motionlessly and mirror-symmetrically with respect to the plane of the beam splitting mirror on the path of partial light beams emerging from the beam splitting cube, owing to which these partial light beams themselves and the region of their mutual overlap also appear mirror-symmetric with respect to the indicated plane. The photosensitive element is placed in the specified area of overlap with the possibility of movement. The convergence angle of these beams is continuously tuned by changing the angle of incidence of the collimated light beam on the input surface of the beam splitter cube, which is accomplished by joint rotation of the beam splitter cube, two mirrors, and a photosensitive element about an axis perpendicular to the plane of incidence of the collimated light beam on the beam splitter mirror. In the entire range of changes in the angle of convergence, exact equality of the optical lengths of the partial light beams along their axes along the path from the point of their formation on the beam splitting mirror to the point of mutual overlap is fulfilled. The axis of rotation is located at the entrance surface of the beam splitter cube so as to maintain the width of the entrance pupil near its possible maximum. With this position of this axis, the convergence of the convergence angle is accompanied by a movement of the said overlapping region along the plane of the beam splitter mirror, which requires a corresponding movement of the photosensitive element.
Недостатками известного технического решения являются изменение положения светочувствительного элемента при вращении интерферометра, что может усложнять его эксплуатацию, низкая виброустойчивость, обусловленная подвижностью светочувствительного элемента.The disadvantages of the known technical solutions are the change in position of the photosensitive element during rotation of the interferometer, which may complicate its operation, low vibration resistance due to the mobility of the photosensitive element.
Известно техническое решение, реализуемое в дифракционной решетке с варьируемым периодом [Угожаев В.Д. Патент РФ на изобретение №2626062, «Двухлучевой интерферометр», МПК G02B 5/18, G02B 5/32, опубликовано 21.07.2017], выбранное в качестве прототипа. Техническое решение осуществляется в виде двухлучевого интерферометра, который устанавливается на основании с возможностью вращательного движения и содержит светоделительный элемент, первое зеркало, второе зеркало и светочувствительный элемент, закрепленные неподвижно и оптически связанные с источником коллимированного светового пучка. Как возможный вариант исполнения светоделительного элемента рассматривается светоделительный кубик, составленный из двух 90-градусных призм, плотно соединенных своими плоскими гипотенузными поверхностями. На гипотенузной поверхности одной из этих призм предварительно наносится светоделительное зеркало, которое в результате оказывается встроенным внутрь светоделительного кубика по диагонали. Благодаря его зеркальной симметрии относительно плоскости светоделительного зеркала выходные поверхности располагаются зеркально-симметрично относительно этой плоскости. Первое зеркало и второе зеркало устанавливаются также взаимно симметрично относительно указанной плоскости. В результате двухлучевой интерферометр представляет собой жесткую зеркально-симметричную конструкцию, обеспечивающую его высокую виброустойчивость.Known technical solution implemented in a diffraction grating with a variable period [Ugozhaev V.D. RF patent for the invention No. 2626062, "Two-beam interferometer", IPC G02B 5/18, G02B 5/32, published July 21, 2017], selected as a prototype. The technical solution is carried out in the form of a two-beam interferometer, which is mounted on the base with the possibility of rotational motion and contains a beam splitting element, a first mirror, a second mirror and a photosensitive element fixed motionless and optically connected to a collimated light beam source. As a possible embodiment of a beam splitting element, a beam splitting cube composed of two 90-degree prisms tightly connected by their flat hypotenuse surfaces is considered. On the hypotenuse surface of one of these prisms, a beam splitting mirror is preliminarily applied, which as a result is diagonally integrated into the beam splitting cube. Due to its mirror symmetry with respect to the plane of the beam splitting mirror, the output surfaces are mirror symmetrically relative to this plane. The first mirror and the second mirror are also installed mutually symmetrically with respect to the indicated plane. As a result, the two-beam interferometer is a rigid mirror-symmetric design, providing its high vibration resistance.
Коллимированный световой пучок направляется на входную поверхность светоделительного кубика и, преломившись на ней, разделяется светоделительным зеркалом на первый парциальный световой пучок, который проходит через светоделительное зеркало, и второй парциальный световой пучок, который отражается от светоделительного зеркала. Первое зеркало и второе зеркало устанавливаются на пути выходящих из светоделительного кубика первого парциального светового пучка и второго парциального светового пучка соответственно. После отражения от зеркал первый парциальный световой пучок и второй парциальный световой пучок взаимно перекрываются под заданным углом схождения. Благодаря зеркальной симметричности двулучевого интерферометра оба парциальных световых пучка также взаимно симметричны. Как следствие периодическая интерференционная картина, формирующаяся в области их взаимного перекрытия, также симметрична относительно плоскости светоделительного зеркала, а оптические длины первого и второго парциальных световых пучков по их осям от точки разделения коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале до точки взаимного пересечения равны между собой при любом угле схождения. Светочувствительный элемент помещается внутри упомянутой области перекрытия.The collimated light beam is directed to the input surface of the beam splitting cube and, having refracted on it, is divided by the beam splitting mirror into the first partial light beam, which passes through the beam splitting mirror, and the second partial light beam, which is reflected from the beam splitting mirror. The first mirror and the second mirror are installed on the path of the first partial light beam and the second partial light beam emerging from the beam splitting cube, respectively. After reflection from the mirrors, the first partial light beam and the second partial light beam mutually overlap at a given angle of convergence. Due to the mirror symmetry of the two-beam interferometer, both partial light beams are also mutually symmetrical. As a result, the periodic interference pattern formed in the region of their mutual overlap is also symmetrical with respect to the plane of the beam splitter, and the optical lengths of the first and second partial light beams along their axes from the point of separation of the collimated light beam in the beam splitter mirror to the point of mutual intersection are equal for any angle of convergence. The photosensitive element is placed inside said overlap area.
Вращательное движение основания сопровождается изменением угла падения коллимированного светового пучка на входную поверхность светоделительного кубика и соответствующим изменением угла схождения первого и второго парциальных световых пучков. Ось вращения ориентируется перпендикулярно плоскости падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало и располагается за светоделительным кубиком по ходу первого и второго парциальных световых пучков. Эта позиция устанавливается так, чтобы вращательное движение основания и связанное с ним перемещение коллимированного светового пучка по светоделительному зеркалу обеспечивало перемещение интерференционной картины относительно светочувствительного элемента в пределах отрезка, малого по сравнению с ее длиной вдоль плоскости светоделительного зеркала. Вращение основания осуществляется приводом вращательного движения, который управляется сигналами, формируемыми блоком управления.Rotational motion of the base is accompanied by a change in the angle of incidence of the collimated light beam on the input surface of the beam splitter cube and a corresponding change in the angle of convergence of the first and second partial light beams. The axis of rotation is oriented perpendicular to the plane of incidence of the collimated light beam on the beam splitter mirror and is located behind the beam splitter cube along the first and second partial light beams. This position is set so that the rotational motion of the base and the associated movement of the collimated light beam through the beam splitter mirror ensures the movement of the interference pattern relative to the photosensitive element within a segment small compared to its length along the plane of the beam splitter mirror. The rotation of the base is carried out by a rotational motion drive, which is controlled by signals generated by the control unit.
Недостатками известного технического решения являются, во-первых, усложнение его эксплуатации, обусловленное вращением интерферометра и связанным с ним изменением положения светочувствительного элемента относительно взаимодействующего с интерферометром оборудования, расположенного вне вращающегося основания, во-вторых, невозможность объединения таких интерферометров в систему, предназначенную для одновременной записи многомерных периодических структур на общем для всех интерферометров светочувствительном элементе.The disadvantages of the known technical solutions are, firstly, the complexity of its operation, due to the rotation of the interferometer and the associated change in the position of the photosensitive element relative to the equipment interacting with the interferometer located outside the rotating base, and secondly, the inability to combine such interferometers into a system designed for simultaneous recording multidimensional periodic structures on a photosensitive element common to all interferometers.
Перед авторами ставилась задача разработать двухлучевой интерферометр с перестраиваемым углом схождения парциальных пучков при неподвижных относительно него источнике коллимированного светового пучка и светочувствительном элементе, чтобы получить возможность объединять два или три таких интерферометра в систему, предназначенную для одновременной записи соответственно дву- или трехмерных периодических структур в светочувствительном материале при взаимно независимой перестройке периода данной структуры в каждом ее измерении.The authors were tasked with developing a two-beam interferometer with a tunable angle of convergence of partial beams with a collimated light beam source and a photosensitive element stationary relative to it, in order to be able to combine two or three such interferometers into a system designed to simultaneously record two or three-dimensional periodic structures in a photosensitive material with mutually independent restructuring of the period of a given structure in each of its dimensions.
Поставленная задача решается тем, что, по первому варианту двухлучевой интерферометр, включающий в себя источник коллимированного светового пучка, основание с закрепленными на нем неподвижно светоделительным элементом со светоделительным зеркалом, разделяющим коллимированный световой пучок на первый парциальный световой пучок и второй парциальный световой пучок, первым зеркалом, вторым зеркалом, светочувствительным элементом, оптически связанными с источником коллимированного светового пучка, при этом первое зеркало и второе зеркало ориентированы направляющими отраженные от них первый парциальный световой пучок и второй парциальный световой пучок по направлению друг к другу до их взаимного пересечения на светочувствительном элементе, датчик углового перемещения, блок управления, дополнительно оснащен подвижным зеркалом с осью вращения, выполненным направляющим коллимированный световой пучок на светоделительное зеркало светоделительного элемента, при этом ось вращения выполнена обеспечивающей одновременные угловое перемещение подвижного зеркала, изменяющее угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало светоделительного элемента, и линейное перемещение подвижного зеркала, изменяющее позицию коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале светоделительного элемента, узлом согласования, при этом блок управления выполнен формирующим управляющие сигналы для узла согласования, осуществляющего угловое и линейное перемещения оси вращения, и согласующим их между собой, по формулеThe problem is solved in that, according to the first embodiment, a two-beam interferometer including a collimated light beam source, a base with a fixed beam splitting element fixed to it with a beam splitting mirror separating the collimated light beam into the first partial light beam and the second partial light beam, the first mirror , a second mirror, a photosensitive element optically coupled to a collimated light source, the first mirror and the second mirror The first partial light beam and the second partial light beam reflected from them in the direction to each other until they intersect on the photosensitive element are oriented by guides, the angular displacement sensor, the control unit is additionally equipped with a movable mirror with an axis of rotation, designed to direct the collimated light beam to the beam splitter a mirror of the beam splitting element, while the axis of rotation is made providing simultaneous angular movement of the movable mirror, I change its angle of incidence of the collimated light beam on the beam splitting mirror of the beam splitting element, and the linear movement of the movable mirror, changing the position of the collimated light beam on the beam splitting mirror of the beam splitting element, the matching unit, while the control unit is configured to generate control signals for the matching unit performing angular and linear axis movements rotation, and matching them together, according to the formula
где W - линейное перемещение оси вращения относительно начального положения, в котором М=G/2, G - длина светоделительного зеркала в плоскости падения на него коллимированного светового пучка, М - расстояние от позиции осевого луча коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале до его края, ближнего к светочувствительному элементу, χ - угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало, Т - расстояние от оси вращения до входной поверхности светоделительного элемента, ϕ - угол поворота оси вращения относительно начального положения, в котором χ=45°, а источник коллимированного светового пучка выполнен закрепленным неподвижно на основании, при этом светоделительный элемент со светоделительным зеркалом выполнен с выходными гранями светоделительного элемента, симметричными относительно плоскости этого светоделительного зеркала, далее первое зеркало и второе зеркало выполнены расположенными взаимно симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала.where W is the linear movement of the axis of rotation relative to the initial position, in which M = G / 2, G is the length of the beam splitting mirror in the plane of incidence of the collimated light beam, M is the distance from the position of the axial beam of the collimated light beam on the beam splitting mirror to its edge, closest to the photosensitive element, χ is the angle of incidence of the collimated light beam on the beam splitter mirror, T is the distance from the axis of rotation to the input surface of the beam splitter element, ϕ is the angle of rotation of the axis of rotation relates in relation to the initial position, in which χ = 45 °, and the collimated light beam source is fixed fixed on the base, while the beam splitting element with a beam splitting mirror is made with output faces of the beam splitting element symmetrical with respect to the plane of this beam splitting mirror, then the first mirror and the second mirror are made arranged mutually symmetrically with respect to the plane of the beam splitting mirror.
По второму варианту двухлучевой интерферометр, включающий в себя источник коллимированного светового пучка, основание с закрепленными на нем неподвижно светоделительным элементом со светоделительным зеркалом, разделяющим коллимированный световой пучок на первый парциальный световой пучок и второй парциальный световой пучок, первым зеркалом, вторым зеркалом, светочувствительным элементом, оптически связанными с источником коллимированного светового пучка, при этом первое зеркало и второе зеркало ориентированы направляющими отраженные от них первый парциальный световой пучок и второй парциальный световой пучок по направлению друг к другу до их взаимного пересечения на светочувствительном элементе, датчик углового перемещения, блок управления, дополнительно оснащен осью вращения, выполненной обеспечивающей одновременные угловое перемещение источника, изменяющее угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало светоделительного элемента, и линейное перемещение источника, изменяющее позицию коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале светоделительного элемента, узлом согласования, при этом блок управления выполнен формирующим управляющие сигналы для узла согласования, осуществляющего угловое и линейное перемещения оси вращения, и согласующим их между собой, по формулеAccording to the second embodiment, a two-beam interferometer including a collimated light beam source, a base with a fixed beam splitting element fixed to it with a beam splitting mirror separating the collimated light beam into a first partial light beam and a second partial light beam, a first mirror, a second mirror, a photosensitive element, optically coupled to a collimated light beam source, wherein the first mirror and the second mirror are oriented by reflection guides the first partial light beam and the second partial light beam directed to each other until they intersect on the photosensitive element, the angular displacement sensor, control unit is additionally equipped with a rotation axis, which provides simultaneous angular displacement of the source, which changes the angle of incidence of the collimated light beam to the beam splitting mirror of the beam splitting element, and the linear movement of the source, changing the position of the collimated light beam to light dividing mirror of the beam-splitting element, matching unit, while the control unit is configured to generate control signals for matching unit performing angular and linear movements of the axis of rotation, and matching them together, according to the formula
где W - смещение оси вращения относительно начального положения, в котором M=G/2, G - длина светоделительного зеркала в плоскости падения на него коллимированного светового пучка, М - расстояние от позиции осевого луча коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале до его края, ближнего к светочувствительному элементу, χ - угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало, Т - расстояние от оси вращения до входной поверхности светоделительного элемента, ϕ - угол поворота оси вращения относительно начального положения, в котором χ=45°, при этом светоделительный элемент со светоделительным зеркалом выполнен с выходными гранями светоделительного элемента, симметричными относительно плоскости этого светоделительного зеркала, далее первое зеркало и второе зеркало выполнены расположенными взаимно симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала.where W is the displacement of the axis of rotation relative to the initial position, in which M = G / 2, G is the length of the beam splitting mirror in the plane of incidence of the collimated light beam, M is the distance from the position of the axial beam of the collimated light beam on the beam splitting mirror to its edge, near to the photosensitive element, χ is the angle of incidence of the collimated light beam on the beam splitter, T is the distance from the axis of rotation to the input surface of the beam splitter, ϕ is the angle of rotation of the axis of rotation relative to the initial th position in which χ = 45 °, wherein the beam splitter with the beam-splitting mirror configured to output facets beam-splitting element, symmetrical about the plane of the beam-splitting mirror, then a first mirror and a second mirror formed mutually symmetrically disposed with respect to beam-splitting mirror plane.
Технический эффект заявляемого устройства заключается в упрощении настройки интерферометра, в повышении точности периода интерференционной картины, в повышении производительности процесса записи одно- и многомерных периодических структур в светочувствительном материале; в снижении чувствительности к вибрациям, а также в расширении арсенала средств данного назначения.The technical effect of the claimed device is to simplify the setup of the interferometer, to increase the accuracy of the period of the interference pattern, to increase the productivity of the process of recording one- and multidimensional periodic structures in a photosensitive material; in reducing sensitivity to vibration, as well as in expanding the arsenal of funds for this purpose.
На фиг. 1 представлена схема двухлучевого интерферометра по первому варианту, где 1 - источник, 2 - коллимированный световой пучок, 3 - подвижное зеркало, 4 - светоделительный элемент, 5 - светоделительное зеркало, 6 - первое зеркало, 7 - второе зеркало, 8 - светочувствительный элемент, 9 - основание, 10 - ось вращения, 11 - направление углового перемещения, 12 - направление линейного перемещения, 13 - узел согласования, 14 - блок управления, 15 - датчик углового перемещения, 16 - первый парциальный световой пучок, 17 - второй парциальный световой пучок, 18 - начальное положение.In FIG. 1 is a diagram of a two-beam interferometer according to the first embodiment, where 1 is a source, 2 is a collimated light beam, 3 is a movable mirror, 4 is a beam splitter, 5 is a beam splitter, 6 is a first mirror, 7 is a second mirror, 8 is a photosensitive element, 9 - base, 10 - axis of rotation, 11 - direction of angular movement, 12 - direction of linear movement, 13 - matching unit, 14 - control unit, 15 - sensor of angular movement, 16 - first partial light beam, 17 - second partial light beam , 18 - initial set Ie.
На фиг. 2 представлена схема одного из возможных механизмов узла согласования углового и линейного перемещений оси вращения по первому варианту, где 2 - коллимированный световой пучок, 3 - подвижное зеркало, 10 - ось вращения, 11 - направление углового перемещения, 12 - направление линейного перемещения, 19 - корпус, 20 - платформа, 21 - оправа подвижного зеркала, 22 - рычаг, 23 - направляющая, 24 - упругий элемент, 25 - опора, 26 - смещенное положение.In FIG. 2 is a diagram of one of the possible mechanisms of the unit for matching angular and linear displacements of the axis of rotation according to the first embodiment, where 2 is a collimated light beam, 3 is a movable mirror, 10 is an axis of rotation, 11 is a direction of angular displacement, 12 is a direction of linear displacement, 19 is case, 20 - platform, 21 - the frame of the movable mirror, 22 - the lever, 23 - the guide, 24 - the elastic element, 25 - support, 26 - the displaced position.
На фиг. 3 представлена схема двухлучевого интерферометра по второму варианту, где 1 - источник, 2 - коллимированный световой пучок, 4 - светоделительный элемент, 5 - светоделительное зеркало, 6 - первое зеркало, 7 - второе зеркало, 8 - светочувствительный элемент, 9 - основание, 10 - ось вращения, 11 - направление углового перемещения, 12 - направление линейного перемещения, 13 - узел согласования, 14 - блок управления, 15 - датчик углового перемещения, 16 - первый парциальный световой пучок, 17 - второй парциальный световой пучок, 18 - начальное положение.In FIG. 3 is a diagram of a two-beam interferometer according to the second embodiment, where 1 is a source, 2 is a collimated light beam, 4 is a beam splitter, 5 is a beam splitter, 6 is a first mirror, 7 is a second mirror, 8 is a photosensitive element, 9 is a base, 10 - axis of rotation, 11 - direction of angular displacement, 12 - direction of linear displacement, 13 - matching unit, 14 - control unit, 15 - angular displacement sensor, 16 - first partial light beam, 17 - second partial light beam, 18 - initial position .
На фиг. 4 представлена схема одного из возможных механизмов узла согласования углового и линейного перемещений оси вращения по второму варианту, где 1 - источник, 2 - коллимированный световой пучок, 10 - ось вращения, 11 - направление углового перемещения, 12 - направление линейного перемещения, 19 - корпус, 20 - платформа, 22 - рычаг, 23 - направляющая, 24 - упругий элемент, 25 - опора, 26 - смещенное положение, 27 - оправа источника.In FIG. 4 shows a diagram of one of the possible mechanisms of the unit for matching angular and linear displacements of the axis of rotation according to the second embodiment, where 1 is the source, 2 is the collimated light beam, 10 is the axis of rotation, 11 is the direction of angular movement, 12 is the direction of linear movement, 19 is the body , 20 - platform, 22 - lever, 23 - guide, 24 - elastic element, 25 - support, 26 - offset position, 27 - source frame.
На фиг. 5 представлен график зависимости коэффициента смещения ks центра симметрии О интерференционной картины относительно светочувствительного элемента от угла падения θ коллимированного светового пучка на входную поверхность в двухлучевом интерферометре по первому и второму вариантам при расстоянии между первым зеркалом и вторым зеркалом H=1.03G, угле наклона первого и второго зеркал ξ=-15°, расстоянии от светочувствительного элемента до ближнего к нему края светоделительного зеркала , расстоянии от оси вращения до входной поверхности светоделительного элемента , угле наклона направляющей в механизме узла согласования η=8°, диаметре коллимированного светового пучка где 28 - коэффициент смещения, 29 - метка на низшем значении угла падения, 30 - метка на высшем значении угла падения, 31 - низший уровень коэффициента смещения, 32 - высший уровень коэффициента смещения.In FIG. 5 is a graph of the dependence of the displacement coefficient k s of the center of symmetry О of the interference pattern relative to the photosensitive element on the angle of incidence θ of the collimated light beam on the input surface in the two-beam interferometer according to the first and second options at a distance between the first mirror and the second mirror H = 1.03G, the angle of inclination of the first and the second mirror ξ = -15 °, the distance from the photosensitive element to the edge of the beam splitter near to it , the distance from the axis of rotation to the input surface of the beam splitting element , the angle of inclination of the guide in the mechanism of the matching unit η = 8 °, the diameter of the collimated light beam where 28 is the displacement coefficient, 29 is the mark at the lowest value of the angle of incidence, 30 is the mark at the highest value of the angle of incidence, 31 is the lowest level of the displacement coefficient, 32 is the highest level of the displacement coefficient.
Заявляемый двухлучевой интерферометр по первому варианту работает следующим образом. Двухлучевой интерферометр, схема которого показана на фиг. 1, включает в себя оптически связанные источник 1 коллимированного светового пучка 2, светоделительный элемент 4 со светоделительным зеркалом 5, первое зеркало 6, второе зеркало 7 и светочувствительный элемент 8, а также подвижное зеркало 3, которым двухлучевой интерферометр дополнительно оснащен.The inventive two-beam interferometer according to the first embodiment works as follows. A double-beam interferometer, the circuit of which is shown in FIG. 1 includes an optically coupled source of collimated
Источник 1, светоделительный элемент 4, первое зеркало 6, второе зеркало 7 и светочувствительный элемент 8 неподвижно закреплены на основании 9. В качестве светоделительного элемента 4 используется, для примера, светоделительный кубик, составленный из двух идентичных 90-градусных призм, плотно соединенных своими плоскими гипотенузными поверхностями, образующими его диагональную поверхность С1С2 длиной где А - длина ребра кубика. На гипотенузной поверхности одной из 90-градусных призм предварительно наносится светоделительное зеркало 5, которое в результате оказывается встроенным в светоделительный кубик. Благодаря его зеркальной симметрии относительно диагональной поверхности С1С2 выходные поверхности С2С3 и С2С4 располагаются зеркально-симметрично относительно светоделительного зеркала 5. Первое зеркало 6 и второе зеркало 7 устанавливаются также взаимно симметрично относительно светоделительного зеркала 5 на расстоянии Н друг от друга и под углом наклона ξ к указанной плоскости (на фиг. 1 ξ>0). Поэтому плоскость светоделительного зеркала 5 является плоскостью зеркальной симметрии (далее плоскость симметрии) собственно интерферометра, включающего в себя светоделительный элемент 4 со светоделительным зеркалом 5, первое зеркало 6 и второе зеркало 7.The
Подвижное зеркало 3 оснащено осью вращения 10, которая обеспечивает этому зеркалу одновременно два перемещения: угловое - (показано стрелкой направления углового перемещения 11), характеризуемое углом поворота ϕ, и линейное, определяемое смещением W и направленное параллельно поверхности С1С4 светоделительного элемента 4, а также перпендикулярно его ребрам С1-С4 (показано стрелкой направления линейного перемещения 12). Ось вращения 10 расположена на расстоянии Т от той же поверхности С1С4 и ориентирована параллельно ребрам С1-С4. Оба перемещения осуществляются узлом согласования 13 и взаимно координируются через него. Блок управления 14 формирует управляющие сигналы для узла согласования 13. Двухлучевой интерферометр оснащен также датчиком углового перемещения 15, предназначенным для контроля текущих характеристик двухлучевого интерферометра при его эксплуатации.The
Источник 1 генерирует коллимированный световой пучок 2 диаметром D, который ориентируется параллельно упомянутой поверхности С1С4 (далее входная поверхность) вдоль направления линейного перемещения 12, и после отражения от подвижного зеркала 3 переориентируется на эту поверхность под углом падения θ в плоскости, перпендикулярной ребрам С1-С4. Позиция коллимированного светового пучка 2 на входной поверхности определяется расстоянием Q от следа осевого луча этого пучка на ней до края C1 светоделительного зеркала 5, ближнего к оси вращения 10. Далее коллимированный световой пучок 2 входит в светоделительный элемент 4 под углом преломления ψ, падает на светоделительное зеркало 5 под углом χ, а его осевой луч попадает в точку F на расстоянии М от края С2 светоделительного зеркала 5, ближнего к светочувствительному элементу 8. Этот пучок разделяется светоделительным зеркалом 5 на два парциальных световых пучка 16 и 17. Первый парциальный световой пучок 16 проходит через светоделительное зеркало 5, как бы продолжая собой коллимированный световой пучок 2, покидает светоделительный элемент 4 через выходную поверхность С2С3 и направляется к первому зеркалу 6, причем след Е осевого луча первого парциального светового пучка 16 на этой поверхности удален от края С2 светоделительного зеркала 5 на расстояние В. Второй парциальный световой пучок 17 отражается от светоделительного зеркала 5, покидает светоделительный элемент 4 через выходную поверхность С2С4 симметрично первому парциальному световому пучку 16 и направляется ко второму зеркалу 7. Парциальные световые пучки 16 и 17, отразившись от первого зеркала 6 и второго зеркала 7 соответственно, взаимно перекрываются под углом схождения 2α. Благодаря симметричности интерферометра эти парциальные световые пучки также зеркально-симметричны между собой относительно плоскости симметрии. Поэтому область их взаимного перекрытия, выделенная на Фиг. 1 серым цветом, обладает такой же симметрией, а точка О пересечения их осевых лучей, удаленная на расстояние L (далее длина схождения) от края С2 светоделительного зеркала 5, ближнего к светочувствительному элементу 8, лежит на указанной плоскости, является центром симметрии периодической интерференционной картины, формируемой в этой области, и характеризуется нулевым порядком интерференции. Разность хода по осям первого парциального светового пучка 16 и второго парциального светового пучка 17 от точки F их образования на светоделительном зеркале 5 до точки O благодаря их взаимной симметрии равна нулю при любом угле схождения. Светочувствительный элемент 8 помещается внутри вышеупомянутой области перекрытия на расстоянии L0 от края С2 светоделительного зеркала 5.The
Период Λ интерференционной картины однозначно связан с углом схождения 2α формулой Λ=λ/2sinα, где λ - длина волны излучения, генерируемого источником 1. Следовательно, одной из возможностей управлять этим периодом является изменение угла схождения. В свою очередь, в рассматриваемом двухлучевом интерферометре половинный угол схождения α определяется через угол падения θ соотношениемThe period Λ of the interference pattern is uniquely related to the convergence angle 2α by the formula Λ = λ / 2sinα, where λ is the wavelength of the radiation generated by the
если значению θ присваивать знак в соответствии с направлением углового перемещения 11. В этом случае увеличение угла θ сопровождается ростом угла α и обратно, так как согласно (1) их приращения равны: δθ=δα. В итоге управление периодом Λ можно осуществлять, изменяя угол падения θ.if the value of θ is assigned a sign in accordance with the direction of
Выходные параметры интерферометра, α и L, выражаются через входные параметры, θ и Q, основной формулой симметричного двухлучевого интерферометра с неподвижными зеркалами:The output parameters of the interferometer, α and L, are expressed through the input parameters, θ and Q, by the basic formula of a symmetric two-beam interferometer with fixed mirrors:
выведенной по правилам геометрической оптики, гдеderived by the rules of geometric optics, where
иand
поскольку угол преломления ψ=arcsin[(sinθ)/n], где n - показатель преломления материала, из которого изготовлен светоделительный элемент.since the angle of refraction is ψ = arcsin [(sinθ) / n], where n is the refractive index of the material from which the beam splitting element is made.
Если зафиксировать длину схождения по условию L=L0, то есть так, чтобы центр O интерференционной картины располагался точно на светочувствительном элементе 8, то из (2) и (3) можно получить формулу, описывающую закон согласования расстояния Q с половинным углом схождения α или согласно формуле (1) с углом падения θ:If we fix the convergence length according to the condition L = L 0 , that is, so that the center O of the interference pattern is located exactly on the
Зависимость Q(θ), извлеченная из (5), близка к линейной с положительным наклоном, если знак приращения значения Q соответствует знаку направления линейного перемещения 12, следовательно, увеличение угла падения θ требует почти пропорционального роста расстояния Q. Поэтому задача построения двухлучевого интерферометра с неподвижным светочувствительным элементом решается согласованными между собой поворотом коллимированного светового пучка 2 и его линейным перемещением вдоль входной поверхности по закону, близкому к линейной зависимости.The dependence Q (θ) extracted from (5) is close to linear with a positive slope, if the sign of the increment of the value of Q corresponds to the sign of the direction of
Параметры, вырабатываемые узлом согласования 13,- угол падения θ и расстояние QW - определяются через соответствующие параметры положения оси вращения 10 подвижного зеркала 3: угол поворота ϕ и линейный сдвиг W. Последние отсчитываются от оси вращения 10 в начальном положении 18 подвижного зеркала 3 (показано штриховыми линиями), в котором начальное значение угла падения θ0=0°, и начальная позиция Q0 следа осевого луча коллимированного светового пучка 2 располагается в центре симметрии входной поверхности . Следует отметить, что при повороте подвижного зеркала 3 на угол ϕ значение угла падения θ изменяется на величину, вдвое большую угла поворота: θ=θ0+2ϕ. С учетом принятого значения θ0 получается равенство:The parameters generated by the matching
Если одновременно осевой луч коллимированного светового пучка 2 пересекается с осью вращения 10, как показано на фиг. 1, то взаимозависимость геометрических параметров узла согласования 13 выражается следующей формулой:If at the same time the axial beam of the collimated
в которой знаки θ и W соответствуют знакам направлений стрелок 11 и 12 соответственно. Из (7) следует зависимость QW(θ):in which the signs θ and W correspond to the signs of the directions of the
В (7) и (8) принято приближение θ<<1, при котором tgθ≈θ. Зависимость QW(θ), выраженная формулой (8), должна быть близка к линейной, как и зависимость Q(θ) согласно (5), обусловленная требованием L=L0. Следовательно, и требуемый вид функции согласования W(θ), вырабатываемой узлом согласования 13 под действием управляющих сигналов от блока управления 14, также должна быть линейной или близкой к таковой. На этом основывается подход к построению узла согласования 13.In (7) and (8), the approximation θ << 1, at which tgθ≈θ, is accepted. The dependence Q W (θ), expressed by formula (8), should be close to linear, as well as the dependence Q (θ) according to (5), due to the requirement L = L 0 . Therefore, the required form of the matching function W (θ) generated by the matching
На фиг. 2 представлена схема одного из возможных вариантов механизма узла согласования 13, реализующего требуемый вид согласования. Механизм размещен в корпусе 19, неподвижно закрепленном на основании 9. Механизм включает в себя платформу 20, которая может перемещаться относительно корпуса 19 и, как следствие, относительно светоделительного элемента 4 вдоль оси z-z по направлению линейного перемещения 12. Эта ось пересекается с осью вращения 10, обозначенную как Z, и совмещается с осевым лучом коллимированного светового пучка 2, падающего на подвижное зеркало 3. Оно вмонтировано в оправу подвижного зеркала 21, которая так же, как и ось вращения 10, жестко закреплена на рычаге 22. Последний установлен с возможностью совершать поворот вокруг оси вращения 10 по направлению углового перемещения 11. Он изображен в положении, соответствующем начальному положению 18 (см. фиг. 1) подвижного зеркала 3. Как показано на фиг. 2, рычаг 22 в этом положении своим краем, противоположным оси вращения 10, соприкасается без зазора в точке K, принадлежащей оси z-z, с прямолинейной направляющей 23, наклоненной к этой оси под углом η. Отрезок ZK длиной R является плечом рычага 22. Указанное соприкосновение обеспечивается прижатием, создаваемым упругим элементом 24, например, пружиной, который одним краем упирается в опору 25, жестко соединенную с платформой 20, а другим - в рычаг 22.In FIG. 2 shows a diagram of one of the possible variants of the mechanism of the
При перемещении платформы 20 на расстояние W рычаг 22 поворачивается на угол ϕ вокруг оси вращения 10 благодаря скольжению его края K вдоль наклонной направляющей 23. В результате рычаг 22 оказывается в смещенном положении 26 (показано штриховыми линиями), ось вращения позиционируется в точке ZW, а точка соприкосновения рычага 22 с направляющей 23 - в точке KW. Из треугольника ZWKWK в приближении малых углов ϕ и η находится закон движения описываемого механизма:When the
С учетом (6) получается требуемая линейная зависимость W(θ):Taking into account (6), we obtain the required linear dependence W (θ):
поэтому зависимость QW(θ) по формуле (8) также линейна.therefore, the dependence Q W (θ) according to formula (8) is also linear.
Формулы (8) и (10) позволяют привязать геометрические параметры Т, R и η, характеризующие описываемый механизм узла согласования 13, к требуемой зависимости Q(θ) согласно (5). Для такой процедуры можно назначить две точки с координатами, (Q1, θ1) и (Q2, θ2), которые принадлежат обеим зависимостям, (5) и (8). Пусть эти точки определяют крайние возможные положения следа осевого луча коллимированного светового пучка 2 на входной поверхности С1С4 светоделительного элемента 4 - Q1=QW1=0 или Соответствующие значения угла падения, θ1 или θ2, находятся из уравнений, построенных на основе формулы (5) путем подстановки в ее левую часть вместо Q принятых значений Q1 или Q2, а в правую - вместо переменной α выражения θ1+2ξ+45° или θ2+2ξ+45° согласно (1). При этом θ1 оказывается минимальным, а θ2 - максимальным возможными значениями угла падения, а соответствующие им значения половинного угла схождения α1 и α2 - нижним и верхним граничными значениями диапазона перестройки этого угла, который можно реализовать в рассматриваемом интерферометре с заданными геометрическими параметрами Н и ξ.Formulas (8) and (10) allow you to bind the geometric parameters T, R and η, characterizing the described mechanism of the matching
Из формулы (10) рассчитываются значения W1=θ1R/(2η) и W2=θ2R/(2η), ограничивающие отрезок оси z-z, в пределах которого может смещаться ось вращения 10, длинойFrom formula (10), the values W 1 = θ 1 R / (2η) and W 2 = θ 2 R / (2η) are calculated, bounding the segment of the zz axis, within which the axis of
где Δα=α2-α1=θ2-θ1 - ширина диапазона перестройки половинного угла схождения согласно (1). WΣ представляет собой полный ход линейного перемещения в рассматриваемом механизме согласования. Равенство (11) позволяет выразить соотношение его геометрических параметров через Δα:where Δα = α 2 -α 1 = θ 2 -θ 1 is the width of the adjustment range of the half angle of convergence according to (1). W Σ represents the full stroke of linear displacement in the matching mechanism under consideration. Equality (11) allows us to express the ratio of its geometric parameters in terms of Δα:
Расстояние T от оси вращения 10 до входной поверхности С1С4 находится из (8) подстановкой в нее вместо QW-Q1 или Q2, вместо W-W1 или W2 и вместо θ-θ1 или θ2 соответственно:The distance T from the axis of
Если расстояние Т принято в качестве базового размера, то согласно (13) оно однозначно определяет требуемый полный ход линейного перемещения:If the distance T is taken as the base size, then according to (13) it uniquely determines the required full stroke of the linear movement:
В качестве примера можно представить характеристики интерферометра со следующими параметрами: длина ребра светоделительного элемента 4 А=20 мм, что дает длину светоделительного зеркала 5 G=28,3 мм, расстояние между зеркалами H=29,1 мм (в общем случае Н=1.0298G), угол наклона зеркал ξ=-15°, расстояние до светочувствительного элемента 8 L0=80 мм. При начальном положении коллимированного светового пучка 2 (θ0=0°, Q0=10 мм) соответствующий половинный угол схождения α0=15°. В крайних положениях осевого луча коллимированного светового пучка 2: Q1=0 мм и Q2=20 мм - угол падения вычисляется из (5) и составляет соответственно θ1=-5,3° и θ2=5,3°. Это дает возможность, пользуясь (1), определить границы допустимого интервала изменения половинного угла схождения: α1=9,7° и α2=20,3°, а также ширину данного интервала Δα=10,6°.As an example, we can present the characteristics of an interferometer with the following parameters: the length of the beam of the beam splitter 4 A = 20 mm, which gives the length of the beam splitter 5 G = 28.3 mm, the distance between the mirrors H = 29.1 mm (in the general case, H = 1.0298 G), the angle of the mirrors ξ = -15 °, the distance to the photosensitive element 8 L 0 = 80 mm At the initial position of the collimated light beam 2 (θ 0 = 0 °, Q 0 = 10 mm), the corresponding half angle of convergence is α 0 = 15 °. In the extreme positions of the axial beam of the collimated light beam 2: Q 1 = 0 mm and Q 2 = 20 mm, the angle of incidence is calculated from (5) and is θ 1 = -5.3 ° and θ 2 = 5.3 °, respectively. This makes it possible, using (1), to determine the boundaries of the permissible interval of variation of the half angle of convergence: α 1 = 9.7 ° and α 2 = 20.3 °, as well as the width of this interval Δα = 10.6 °.
Такой допустимый интервал может обеспечить механизм узла согласования 13, в котором ось z-z удалена от входной поверхности С1С4 на расстояние T=35 мм, чем задается требуемый полный ход линейного перемещения WΣ=26,5 мм согласно (14). Из (12) определяется плечо рычага 22 R=40 мм, если угол наклона направляющей 23 η=8°.Such an acceptable interval can be provided by the mechanism of the
В реальном устройстве следует учитывать диаметр D коллимированного светового пучка 2: чтобы он не выходил за пределы входной поверхности, крайние положения его осевого луча задаются условием касания этого пучка границ С1 или С4:In a real device, the diameter D of the collimated
Индекс D означает, что эти крайние положения выбраны с учетом диаметра. Значения θD1 или θD2 находятся из (5) при подстановке в левую часть вместо Q значения QD1 или QD2, а в правую - вместо а выражения θD1+2ξ+45° или θD2+2ξ+45°. В вышеупомянутом примере D=5 мм, отсюда крайние положения осевого луча QD1=2,51 мм и QD2=17,49 мм, крайние значения угла падения θD1=-3,96° и QD2=3,96°; соответствующие значения половинного угла схождения αD1=11,04° и αD2=18,96°, а ΔαD=7,92°. Для расчета полного хода линейного перемещения нужно заменить формулу (14) следующим равенством:The index D means that these extreme positions are selected taking into account the diameter. The values of θ D1 or θ D2 are found from (5) when substituting Q D1 or Q D2 in the left side instead of Q and the expressions θ D1 + 2ξ + 45 ° or θ D2 + 2ξ + 45 ° in the right side instead of a. In the above example, D = 5 mm, hence the extreme positions of the axial beam Q D1 = 2.51 mm and Q D2 = 17.49 mm, the extreme values of the angle of incidence θ D1 = -3.96 ° and Q D2 = 3.96 °; the corresponding values of the half angle of convergence are α D1 = 11.04 ° and α D2 = 18.96 °, and Δα D = 7.92 °. To calculate the full stroke of linear displacement, it is necessary to replace formula (14) with the following equality:
или его сокращенным вариантом:or its shortened version:
где ΔQD=QD2-QD1. При тех же параметрах механизма согласования: Т=35 мм, η=8° и R=40 мм - требуемый ход линейного перемещения несколько сокращается: WDΣ=19,83 мм.where ΔQ D = Q D2 -Q D1 . With the same parameters of the matching mechanism: T = 35 mm, η = 8 ° and R = 40 mm, the required linear travel is slightly reduced: W DΣ = 19.83 mm.
Сопоставляемые зависимости: Q(θ), обусловленная требованием L=L0 и выражаемая формулой (5), а также QW(θ), формируемая механизмом узла согласования 13 и описываемая формулой (8), - слегка различаются, поэтому центр симметрии О интерференционной картины (см. фиг. 1) смещается относительно светочувствительного элемента 8 на величинуThe correlated dependences: Q (θ), due to the requirement L = L 0 and expressed by formula (5), as well as Q W (θ), formed by the mechanism of matching
которая равна нулю только в рассмотренных выше точках привязки. Для поддержания высокого контраста интерференционной картины смещение δL должно быть малым по сравнению с ее длинойwhich is zero only at the anchor points discussed above. To maintain a high contrast of the interference pattern, the displacement δL should be small compared to its length
вдоль плоскости симметрии. Смещение удобно оценивать соответствующим коэффициентом ks, равным отношению δL к половине длины S:along the plane of symmetry. The displacement is conveniently estimated by the corresponding coefficient k s equal to the ratio of δL to half the length S:
Геометрический смысл этого коэффициента состоит в том, что разность 1-|ks| указывает, какая доля полной шириныThe geometric meaning of this coefficient is that the difference 1- | k s | indicates what proportion of full width
интерференционной картины поперек плоскости симметрии попадает на светочувствительный элемент 8. Интерференционная картина оказывается полностью вне его, если упомянутая разность достигает нуля, поэтому необходимо, чтобы выполнялось неравенство the interference pattern across the plane of symmetry falls on the
Диаграмма на фиг. 5 отображает зависимость коэффициента смещения 28 от угла падения θ коллимированного светового пучка 2 на входную поверхность - ks(θ) - для рассмотренного выше примера заявляемого двухлучевого интерферометра. Метки на низшем значении угла падения 29 θD1=-3,96° и на высшем значении угла падения 30 θD2=3,96° ограничивают допустимый интервал изменения угла падения, а низший уровень коэффициента смещения 31 ks≈-0,0023 и высший уровень коэффициента смещения 32 ks≈0,0023 определяют отрезок, в пределах которого смещается центр симметрии O относительно светочувствительного элемента 8 в процессе изменения угла схождения смещение δL не выходит за пределы интервала от -0,15 до 0,15 мм. Столь малые смещения практически не влияют на контраст интерференционной картины.The diagram in FIG. 5 shows the dependence of the
Закон согласования (5) угла падения θ коллимированного светового пучка 2 на входную поверхность и его позицией на этой поверхности, определяемой расстоянием Q, можно представить как закон согласования угла падения χ коллимированного светового пучка 2 на светоделительную поверхность 5 и его позицией на ней, определяемой расстоянием М. Из фиг. 1 следует, чтоThe law of matching (5) of the angle of incidence θ of the collimated
Соотношение (22) позволяет выразить χ как функцию θ, применяя закон преломления:Relation (22) allows us to express χ as a function of θ, using the law of refraction:
Из (23) получается зависимость χ(α), если использовать (1), либо более удобная зависимость θ(χ), дающая привязку к входным параметрам коллимированного светового пучка 2:From (23) we obtain the dependence χ (α), if (1) is used, or a more convenient dependence θ (χ), which gives a reference to the input parameters of the collimated light beam 2:
Расстояние В можно связать с переменными χX и М путем решения треугольника FEC2, стороны которого образованы расстояниями B, М и отрезком FE оси первого парциального светового пучка 16 от точки F на светоделительном зеркале 5 до точки Е ее выхода на поверхности С2С3 светоделительного элемента 4:The distance B can be connected with the variables χX and M by solving the triangle FEC 2 , the sides of which are formed by the distances B, M and the segment FE of the axis of the first
Формулы (2) и (25) позволяют выразить расстояние М через параметры интерферометра: расстояние Н между первым зеркалом 6 и вторым зеркалом 7, угол наклона ξ этих зеркал и расстояние L0 от края С2 светоделительного зеркала 5 до светочувствительного элемента 8:Formulas (2) and (25) allow us to express the distance M in terms of the interferometer parameters: the distance H between the
Угол α в (26) также является функцией χ, что находится путем подстановки (24) в (1). Используя еще одну подстановку (25) в (3), можно вывести зависимость расстояния Q от χ и М:The angle α in (26) is also a function of χ, which is found by substituting (24) in (1). Using another substitution (25) in (3), we can derive the dependence of the distance Q on χ and M:
Комбинация (7) и (27) дает искомый закон, описывающий согласование линейного и углового движений оси вращения 10:The combination of (7) and (27) gives the desired law that describes the coordination of linear and angular movements of the axis of rotation 10:
где W - смещение оси вращения 10 подвижного зеркала 3 относительно начального положения 18, в котором M=G/2, G - длина светоделительного зеркала 5 вдоль плоскости падения на него коллимированного светового пучка 2, М - расстояние от позиции F осевого луча коллимированного светового пучка 2 на светоделительном зеркале 5 до его края С2, ближнего к светочувствительному элементу 9 и выражаемое формулой (26), χ - угол падения коллимированного светового пучка 2 на светоделительное зеркало 4 и выражаемый формулой (23), T - расстояние от оси вращения 10 до входной поверхности С1C4 светоделительного элемента 4, - угол поворота подвижного зеркала 3 относительно начального положения 18, в котором χ=45°.where W is the displacement of the axis of
Технический эффект заявляемого устройства, заключающийся в упрощении настройки интерферометра и в возможном благодаря этому упрощению повышении точности периода интерференционной картины, в повышении производительности процесса записи одно- и многомерных периодических структур в светочувствительном материале; в снижении чувствительности к вибрациям, а также в расширении арсенала средств данного назначения, достигается за счет того, что источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, первое и второе зеркала и светочувствительный элемент взаимно неподвижны, а согласование угла падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало светоделительного элемента с перемещением этого пучка вдоль этого светоделительного зеркала, необходимое для стабилизации положения области взаимного перекрытия парциальных пучков на светочувствительном элементе, обеспечивается взаимно согласованными угловым и линейным перемещениями оси вращения поворотного зеркала, направляющего коллимированный световой пучок к светоделительному элементу, по закону (28) в соответствии с управляющими сигналами для узла согласования, формируемыми блоком управления.The technical effect of the claimed device, which consists in simplifying the adjustment of the interferometer and possibly due to this simplification, increasing the accuracy of the period of the interference pattern, in increasing the productivity of the recording process of one- and multidimensional periodic structures in a photosensitive material; in reducing the sensitivity to vibrations, as well as in expanding the arsenal of means for this purpose, it is achieved due to the fact that the collimated light beam source, the beam splitter, the first and second mirrors and the photosensitive element are mutually immovable, and the coordination of the angle of incidence of the collimated light beam on the beam splitter mirror element with the movement of this beam along this beam splitting mirror, necessary to stabilize the position of the region of mutual overlapping of partial beams on a photosensitive element, is provided by mutually coordinated angular and linear movements of the axis of rotation of the rotary mirror, directing the collimated light beam to the beam splitting element, according to the law (28) in accordance with the control signals for the matching unit formed by the control unit.
Заявляемый двухлучевой интерферометр по второму варианту работает следующим образом. Двухлучевой интерферометр, схема которого показана на фиг.3, включает в себя оптически связанные источник 1 коллимированного светового пучка 2, светоделительный элемент 4 со светоделительным зеркалом 5, первое зеркало 6, второе зеркало 7 и светочувствительный элемент 8.The inventive two-beam interferometer according to the second embodiment works as follows. A double-beam interferometer, the scheme of which is shown in FIG. 3, includes a collimated
Светоделительный элемент 4 со светоделительным зеркалом 5, первое зеркало 6, второе зеркало 7 и светочувствительный элемент 8 неподвижно закреплены на основании 9. В качестве светоделительного элемента 4 используется для примера светоделительный кубик со встроенным вдоль его диагональной поверхности С1С2 длиной где А - длина ребра кубика, светоделительным зеркалом 5. Светоделительный кубик зеркально симметричен относительно этой диагональной поверхности, поэтому выходные поверхности С2С3 и С2С4 расположены зеркально-симметрично относительно светоделительного зеркала 5. Первое зеркало 6 и второе зеркало 7 устанавливаются также взаимно симметрично относительно светоделительного зеркала 5 на расстоянии Н друг от друга и под углом наклона ξ (на фиг. 3 ξ>0). Поэтому плоскость светоделительного зеркала 5 является плоскостью зеркальной симметрии (далее плоскость симметрии) собственно интерферометра, составленного из светоделительного элемента 4 со светоделительным зеркалом 5, первого зеркала 6 и второго зеркала 7.A
Источник 1 соединяется с осью вращения 10 так, чтобы она пересекалась с продолжением осевого луча коллимированного светового пучка 2, причем ось вращения 10 совершает одновременно два перемещения: угловое (показано стрелкой 11), характеризуемое углом поворота ϕ, и линейное (показано стрелкой 12), определяемое смещением W и направленное параллельно поверхности С1С4 светоделительного элемента 4 (далее входная поверхность), а также перпендикулярно его ребрам С1-С4. Ось вращения 10 расположена на расстоянии Т от входной поверхности и ориентирована параллельно ребрам С1-С4. Оба перемещения осуществляются с помощью узла согласования 13 и взаимно координируются через него. Блок управления 14 формирует управляющие сигналы на узел согласования 13. Двухлучевой интерферометр оснащен также датчиком углового перемещения 15, предназначенным для контроля текущих характеристик двухлучевого интерферометра при его эксплуатации.The
Источник 1 генерирует коллимированный световой пучок 2 диаметром D, который направляется непосредственно на входную поверхность под углом падения θ в плоскости, перпендикулярной ребрам С1-С4. Позиция этого пучка на входной поверхности определяется расстоянием Q от следа его осевого луча на данной поверхности до края С1 светоделительного зеркала 5, ближнего к источнику 1. Далее коллимированный световой пучок 2 входит в светоделительный элемент 4 под углом преломления ψ, падает на светоделительное зеркало 5 под углом χ, а его осевой луч попадает в точку F на расстоянии М от края С2 светоделительного зеркала 5, ближнего к светочувствительному элементу 8. Этот пучок разделяется светоделительным зеркалом 5 на два парциальных световых пучка: 16 и 17. Первый парциальный световой пучок 16 проходит через светоделительное зеркало 5 и покидает светоделительный элемент 4 через выходную поверхность С2С3, причем след Е осевого луча этого пучка на данной поверхности определяется расстоянием В от края С2 светоделительного зеркала 5. Второй парциальный световой пучок 17 отражается от светоделительного зеркала 5 и покидает светоделительный элемент 4 через выходную поверхность С2С4 симметрично первому парциальному световому пучку 16. Оба парциальных световых пучка, 16 и 17, отразившись от первого зеркала 6 и второго зеркала 7 соответственно, взаимно перекрываются под углом схождения 2α. Благодаря симметричности интерферометра и эти парциальные световые пучки также взаимно зеркально симметричны относительно плоскости симметрии. Поэтому область их взаимного перекрытия, выделенная на Фиг. 3 серым цветом, обладает такой же симметрией, а точка O пересечения их осевых лучей, удаленная на расстояние L (далее длина схождения) от края С2 светоделительного зеркала 5, ближнего к светочувствительному элементу 8, лежит на указанной плоскости, является центром симметрии периодической интерференционной картины, формируемой в этой области, и характеризуется нулевым порядком интерференции. Разность хода по осям парциальных световых пучков 16 и 17 от точки F на светоделительном зеркале 5 до точки O пересечения их осевых лучей равна нулю при любом угле схождения. Светочувствительный элемент 8 помещается внутри вышеупомянутой области перекрытия на расстоянии L0 от края С2 светоделительного зеркала 5.
Период Λ интерференционной картины связан с половинным углом схождения формулой Λ=λ/2sinα, где λ - длина волны излучения, генерируемого источником 1. Следовательно, одной из возможностей управлять этим периодом является изменение угла схождения. В свою очередь, из формулы (1) следует, что управлять периодом Λ можно, изменяя угол падения θ.The period Λ of the interference pattern is related to the half-convergence angle by the formula Λ = λ / 2sinα, where λ is the wavelength of the radiation generated by the
Выходные параметры интерферометра: половинный угол схождения α и длина схождения L - связываются с входными параметрами: углом падения θ и расстоянием Q - через формулу (2). Если зафиксировать длину схождения так, чтобы интерференционная картина оказалась на светочувствительном элементе 8, т.е. выполнить условие L=L0, то в этом случае требуемое расстояние Q выражается формулой (5). Она дает зависимость Q(θ), близкую к линейной. Последнее является руководством для построения двухлучевого интерферометра с неподвижным светочувствительным элементом 8.The output parameters of the interferometer: the half convergence angle α and the convergence length L - are connected with the input parameters: the angle of incidence θ and the distance Q - through formula (2). If we fix the convergence length so that the interference pattern appears on the
Параметры, вырабатываемые узлом согласования 13, - угол падения θ и расстояние QW - определяются через соответствующие параметры положения источника 1: угол поворота ϕ, равный углу падения θ, и линейный сдвиг W. Оба последних параметра отсчитываются от положения оси вращения 10, соответствующего начальному положению 18 источника 1 (показано штриховыми линиями), в котором коллимированный световой пучок 2 падает нормально на входную поверхность (начальное значение угла падения θ0=0°), и начальное расстояние Q0 равно половине полной ширины входной поверхности С1С4: Взаимозависимость геометрических параметров узла согласования 13 выражается формулами (7) и (8), учитывающих приближение tgθ≈θ по условию малости θ<<1. Из (8) следует, что приемлемое совмещение выражаемой ею зависимости QW(θ) с требуемой зависимостью Q(θ) согласно (5) возможно в случае, если и функция W(θ), вырабатываемая узлом согласования 13, также близка к линейной. Это условие определяет выбор механизма, закладываемого в основу конструкции данного узла.The parameters produced by the matching
На фиг. 4 представлена схема одного из возможных вариантов такого механизма. Он смонтирован в корпусе 19, неподвижно закрепленном на основании 9 и включает в себя платформу 20, которая может перемещаться относительно корпуса 19 и, как следствие, относительно светоделительного элемента 4 по направлению линейного перемещения 12 вдоль оси z-z, параллельной входной поверхности и пересекающейся с осью вращения 10, обозначенной как Z. Источник 1 помещен в оправу источника 27, которая так же, как и ось вращения 10, жестко закреплена на рычаге 22. Последний установлен с возможностью совершать поворот вокруг оси вращения 10 по направлению углового перемещения 11 и изображен в положении, соответствующем начальному положению 18 (см. фиг. 3) источника 1. На фиг. 4 сам рычаг 22 в этом положении своим краем, противоположным оси вращения 10, соприкасается без зазора в точке K, принадлежащей оси z-z, с прямолинейной направляющей 23, наклоненной к этой оси под углом η. Отрезок ZK длиной R является плечом рычага 22. Указанное соприкосновение обеспечивается прижатием, создаваемым упругим элементом 24, например, пружиной, который одним краем упирается в опору 25, жестко соединенную с платформой 20, а другим - в рычаг 22.In FIG. 4 shows a diagram of one of the possible options for such a mechanism. It is mounted in a
При перемещении платформы 20 на расстояние W рычаг 22 поворачивается на угол ϕ вокруг оси вращения 10 благодаря скольжению его края K вдоль направляющей 23. В результате рычаг 22 занимает смещенное положение 26 (показано штриховыми линиями), ось вращения смещается в точку ZW, а точка соприкосновения рычага 22 с направляющей 23 - в точку KW. Из треугольника ZWKWK в приближении малых углов ϕ и η получается закон движения описываемого механизма:When the
аналогичный (9), что с учетом равенства ϕ=θ дает требуемую линейную зависимость W(θ):similar to (9), which, given the equality ϕ = θ, gives the required linear dependence W (θ):
и, как следствие, линейную зависимость QW(θ) согласно (8).and, as a consequence, the linear dependence Q W (θ) according to (8).
С помощью формул (8) и (30) выполняется привязка параметров T, R и η к требуемой согласно (5) зависимости Q(θ). Для этого удобно выбрать две крайние точки этой зависимости, (θD1, QD1) или (θD2, QD2), которые определяются условием касания коллимированного светового пучка 2 диаметром D границ С1 или С4 входной поверхности соответственно (см. фиг. 3), причем координаты в каждой паре связаны между собой формулами (15). Индекс D означает, что данные крайние положения выбраны с учетом диаметра пучка. Через эти точки должна проходить и зависимость QW(θ), привязываемая к Q(θ). Значения θD1 или θD2 можно найти из (5), если подставить в левую часть Q=QD1 или QD2 из (15), а в правую - α=θD1+2ξ+45° или θD2+2ξ+45°. При D=5 мм крайние положения QD1=2,51 мм и QD2=17,49 мм, крайние значения угла падения θD1=-3,96° и θD2=3,96°; соответствующие значения половинного угла схождения αD1=11,04° и αD2=18,96°, а ΔαD=7,92°.Using formulas (8) and (30), the parameters T, R, and η are linked to the dependence Q (θ), which is required according to (5). For this, it is convenient to choose the two extreme points of this dependence, (θ D1 , Q D1 ) or (θ D2 , Q D2 ), which are determined by the condition that the collimated
Полный ход линейного перемещения WDΣ в рассматриваемом механизме согласования на фиг. 4 можно найти по формуле (17); в ней WDΣ=WD2-WD1, ΔQD=QD2-QD1 и ΔαD=αD2-αD1=θD2-θD1. Если ось z-z удалена от входной поверхности С1С4 (см. фиг. 3) на расстояние T=35 мм, то требуемый ход линейного перемещения составляет WDΣ=19,83 мм. Крайние положения линейного перемещения, ограничивающие отрезок оси z-z, в пределах которого смещается источник 1, рассчитываются по формуле (30): WD1=θD1R/η и WD2=θD2R/η, благодаря чему получается соотношение оставшихся двух параметров механизма согласования:The full stroke of the linear displacement W DΣ in the matching mechanism in FIG. 4 can be found by formula (17); in it, W DΣ = W D2 -W D1 , ΔQ D = Q D2 -Q D1 and Δα D = α D2 -α D1 = θ D2 -θ D1 . If the zz axis is removed from the input surface C 1 C 4 (see Fig. 3) by a distance T = 35 mm, then the required linear travel is W DΣ = 19.83 mm. The extreme positions of linear displacement, limiting the segment of the zz axis, within which the
В итоге при угле наклона η=8° направляющей 23, равном таковому в заявляемом двухлучевом интерферометре по первому варианту, длина плеча рычага 22 оказывается вдвое меньшей: R=20 мм.As a result, when the angle of inclination η = 8 ° of the
Расхождение между взаимно привязываемыми зависимостями QW(θ) и Q(θ) определяется смещением δL центра симметрии О интерференционной картины относительно светочувствительного элемента 8 согласно (18). Очевидно, что в рассмотренных выше точках привязки δL=0. Для поддержания высокого контраста интерференционной картины это смещение должно быть малым по сравнению с ее длиной S вдоль плоскости симметрии, выражаемой формулой (19). Малость смещения δL оценивается с помощью коэффициента смещения ks, определяемого формулой (19) и по модулю не превышающего 1:|ks|≤1.The discrepancy between the mutually linked dependences Q W (θ) and Q (θ) is determined by the displacement δL of the center of symmetry О of the interference pattern relative to the
Диаграмма на фиг. 5 отображает зависимость ks(θ) 28 для обоих вариантов заявляемого двухлучевого интерферометра. Метки на низшем значении угла падения 29 θD1=-3,96° и на высшем значении угла падения 30 θD2=3,96° ограничивают допустимый интервал изменения угла падения, а низший уровень коэффициента смещения 31 ks≈-0,0023 и высший уровень коэффициента смещения 32 ks≈0,0023 определяют отрезок, в пределах которого смещается центр симметрии O относительно светочувствительного элемента 8 в процессе перестройки угла схождения смещение δL не выходит за пределы интервала от -0,15 до 0,15 мм. Столь малые смещения практически не влияют на контраст интерференционной картины.The diagram in FIG. 5 shows the dependence k s (θ) 28 for both variants of the inventive two-beam interferometer. Labels at the lowest value of the angle of
Закон согласования (5) угла падения θ коллимированного светового пучка 2 на входную поверхность с его позицией на этой поверхности, определяемой расстоянием Q, можно преобразовать в соответствующий закон, связывающий между собой угол падения χ коллимированного светового пучка 2 на светоделительную поверхность 5 и его позицию на ней, определяемую расстоянием М. Соотношение углов χ и ψ определяется из фиг. 3 формулой (22) и с учетом закона преломления - формулой (23). Расстояние В выражается через переменные χ и М формулой (25), которая выводится путем решения треугольника FEC2, стороны которого образованы расстояниями 6, М и отрезком FE осевого луча первого парциального светового пучка 16 от точки F до точки Е его выхода на поверхности С2С3 светоделительного элемента 4. Формулы (2) и (25) позволяют сформировать формулу (26), отображающую расстояние М через параметры интерферометра: расстояние H между первым зеркалом 6 и вторым зеркалом 7, угол наклона ξ этих зеркал и расстояние L0 от края С2 светоделительного зеркала 5 до светочувствительного элемента 8, а подставляя в формулу (1) выражение для θ из (24), - ввести в (26) угол χ. Подставляя (25) в (3), можно найти зависимость расстояния Q от χ и М, описываемую формулой (27). Наконец, комбинация (7) и (27) с учетом равенства θ=ϕ дает искомый закон, описывающий согласование линейного и углового движений источника 1:The law of matching (5) of the angle of incidence θ of the collimated
где W - смещение оси вращения 10 источника 1 относительно начального положения 18, в котором М=G/2, G - длина светоделительного зеркала 5 вдоль плоскости падения на него коллимированного светового пучка 2, М - расстояние от позиции F осевого луча коллимированного светового пучка 2 на светоделительном зеркале 5 до его края С2, ближнего к светочувствительному элементу 9 и выражаемое формулой (26), χ - угол падения коллимированного светового пучка 2 на светоделительное зеркало 4 и выражаемый формулой (23), Т - расстояние от оси вращения 10 до входной поверхности светоделительного элемента 4, ϕ - угол поворота оси вращения 10 источника 1 относительно начального положения 18, в котором χ=45°.where W is the displacement of the axis of
Технический эффект заявляемого устройства, заключающийся в упрощении настройки интерферометра и в возможном благодаря этому упрощению повышении точности периода интерференционной картины, в повышении производительности процесса записи одно- и многомерных периодических структур в светочувствительном материале; в снижении чувствительности к вибрациям, а также в расширении арсенала средств данного назначения, достигается за счет того, что согласование угла падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало светоделительного элемента с перемещением этого пучка вдоль этого светоделительного зеркала, необходимое для стабилизации положения области взаимного перекрытия парциальных пучков на светочувствительном элементе, обеспечивается направлением коллимированного светового пучка к светоделительному элементу путем взаимного согласования углового и линейного перемещений оси вращения источника этого пучка по закону (29) в соответствии с управляющими сигналами для узла согласования, формируемыми блоком управления.The technical effect of the claimed device, which consists in simplifying the adjustment of the interferometer and possibly due to this simplification, increasing the accuracy of the period of the interference pattern, in increasing the productivity of the recording process of one- and multidimensional periodic structures in a photosensitive material; in reducing the sensitivity to vibration, as well as in expanding the arsenal of means for this purpose, it is achieved due to the fact that the matching of the angle of incidence of the collimated light beam on the beam splitting mirror of the beam splitting element with the movement of this beam along this beam splitting mirror, necessary to stabilize the position of the region of mutual overlapping of partial beams on the photosensitive element, provided by the direction of the collimated light beam to the beam splitting element by mutually Harmonization of angular and linear displacements of the axis of rotation under the law of the beam source (29) in accordance with the control signals for matching assembly formed by the control unit.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017141671A RU2667335C1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Two-beam interferometer (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017141671A RU2667335C1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Two-beam interferometer (variants) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2667335C1 true RU2667335C1 (en) | 2018-09-18 |
Family
ID=63580539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017141671A RU2667335C1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Two-beam interferometer (variants) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2667335C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021165159A1 (en) * | 2020-02-17 | 2021-08-26 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Measuring device for interferometric shape measurement |
RU2809338C1 (en) * | 2023-04-14 | 2023-12-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук ( ИПМех РАН) | Method for generating optical discharge |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2095752C1 (en) * | 1993-08-03 | 1997-11-10 | Научно-производственное объединение "Астрофизика" | Interference device for measuring the angular movement of object |
WO2004065894A2 (en) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Inlight Solutions, Inc. | Optical path difference scanning interferometer |
RU132540U1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | INTERFEROMETRIC MEASURING DEVICE |
RU2013106340A (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | METHOD FOR FORMING PERIODIC INTERFERENCE PICTURES AND A TUNABLE TWO-BEAM INTERFEROMETER |
RU2601530C1 (en) * | 2015-09-14 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" | Device for measuring angular movements of object |
EP2963392B1 (en) * | 2014-07-02 | 2017-11-22 | DMG Mori Seiki Co. Ltd. | Displacement detecting device |
-
2017
- 2017-11-29 RU RU2017141671A patent/RU2667335C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2095752C1 (en) * | 1993-08-03 | 1997-11-10 | Научно-производственное объединение "Астрофизика" | Interference device for measuring the angular movement of object |
WO2004065894A2 (en) * | 2003-01-15 | 2004-08-05 | Inlight Solutions, Inc. | Optical path difference scanning interferometer |
RU132540U1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | INTERFEROMETRIC MEASURING DEVICE |
RU2013106340A (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | METHOD FOR FORMING PERIODIC INTERFERENCE PICTURES AND A TUNABLE TWO-BEAM INTERFEROMETER |
EP2963392B1 (en) * | 2014-07-02 | 2017-11-22 | DMG Mori Seiki Co. Ltd. | Displacement detecting device |
RU2601530C1 (en) * | 2015-09-14 | 2016-11-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" | Device for measuring angular movements of object |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021165159A1 (en) * | 2020-02-17 | 2021-08-26 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Measuring device for interferometric shape measurement |
RU2809338C1 (en) * | 2023-04-14 | 2023-12-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук ( ИПМех РАН) | Method for generating optical discharge |
RU2814312C1 (en) * | 2023-04-14 | 2024-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук ИПМех РАН) | Method of maintaining optical discharge |
RU2815740C1 (en) * | 2023-12-07 | 2024-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Method of producing optical discharge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2020216325A1 (en) | Displacement measuring apparatus, displacement measuring method and photolithography device | |
JP2014522982A (en) | Grating-based scanner with phase and pitch adjustment | |
KR102088869B1 (en) | Optical position measurement apparatus | |
CN103688134A (en) | Scanner with phase and pitch adjustment | |
US9797704B2 (en) | Interferometer having two transparent plates in parallel for making reference and measurement beams parallel | |
US8780357B2 (en) | Optical displacement measurement device with optimization of the protective film | |
US9127924B2 (en) | Interferometer | |
RU2667335C1 (en) | Two-beam interferometer (variants) | |
JPH01284704A (en) | Method and device for measuring microstructure of surface | |
JP5786270B2 (en) | Two-color interference measuring device | |
CN109708569A (en) | Optical position measuring device | |
CN111133346A (en) | Optical element and lightwave circuit | |
TWI224351B (en) | Apparatus for detecting displacement of two-dimensional motion | |
US5400143A (en) | Compact laser interferometer system | |
EP0873529A1 (en) | Ring interferometer configuration for writing gratings | |
RU2626062C1 (en) | Two-beam interferometer | |
Ugozhaev | Rotationally tunable two-beam interferometer with a fixed photosensitive element. Part I. Interferometer based on a beam-splitter cube | |
Mikerin et al. | A two-beam interferometer with the tuning of the interference pattern period by simulating its rotation | |
US6717678B2 (en) | Monolithic corrector plate | |
US10451401B2 (en) | Displacement detecting device with controlled heat generation | |
JP3714853B2 (en) | Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device | |
WO2004003467A1 (en) | Phase-shifting diffraction grating interferometer and its measuring method | |
US6876451B1 (en) | Monolithic multiaxis interferometer | |
JP6786442B2 (en) | Displacement detector | |
JPH04130220A (en) | Encoder |