RU2667335C1 - Two-beam interferometer (variants) - Google Patents

Two-beam interferometer (variants) Download PDF

Info

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
Application number
RU2017141671A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Львович МИКЕРИН
Владимир Дмитриевич УГОЖАЕВ
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority to RU2017141671A priority Critical patent/RU2667335C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2667335C1 publication Critical patent/RU2667335C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: group of inventions refers to optical holography and is designed to form periodic interference patterns, which are used for recording holographic diffraction gratings, creating periodic structures of various dimensions (one-, two-, and three-dimensional) in photosensitive materials. Two-beam interferometer of the first variant and the second variant comprises a source of collimated light beam, a movable mirror with a rotation axis, a beamsplitter element dividing the original beam into two partial light beams sequentially located along the beam path, two mirrors that guide these beams at a certain angle of convergence to each other, and a photosensitive element. In the first and second embodiment of the interferometer the beam splitter element, the two mirrors and the photosensitive member are fixedly fixed to the base and form a jointly mirror-symmetric system with respect to the plane of the beam splitter mirror built into the beam splitter element. However, in the first embodiment, the source is also fixed immovably on the same base. Movable mirror directs the collimated light beam to the beam splitter element, and its angular and linear movements leading to a change in the angle of convergence are mutually consistent in such a way that the center of the overlapping region of the partial beams is positioned near the photosensitive member, moving within the range small compared to the size of this region along the plane of the beam splitter. In the second variant, the source equipped with the axis of rotation directs the collimated light beam to the beam splitter element, the angular and linear displacement of the source leading to a change in the convergence angle are mutually consistent, so that the center of the overlapping region of the partial beams is positioned near the photosensitive member, moving within a segment that is small in comparison with the size of this region along the plane of the beam splitter.EFFECT: possibility of combining two or three interferometers into a system for recording two- or three-dimensional periodic structures, ensuring high vibration resistance of both the interferometer itself and the combination of several interferometers, as well as the expansion of the arsenal of means for this purpose.6 cl, 5 dwg

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

Figure 00000001
Figure 00000001

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

Figure 00000002
Figure 00000002

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

Figure 00000003
, расстоянии от оси вращения до входной поверхности светоделительного элемента
Figure 00000004
, угле наклона направляющей в механизме узла согласования η=8°, диаметре коллимированного светового пучка
Figure 00000005
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
Figure 00000003
, the distance from the axis of rotation to the input surface of the beam splitting element
Figure 00000004
, the angle of inclination of the guide in the mechanism of the matching unit η = 8 °, the diameter of the collimated light beam
Figure 00000005
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 light beam 2, a beam splitter 4 with a beam splitter 5, a first mirror 6, a second mirror 7 and a photosensitive element 8, as well as a movable mirror 3, which is additionally equipped with a two-beam interferometer.

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

Figure 00000006
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 source 1, the beam splitting element 4, the first mirror 6, the second mirror 7 and the photosensitive element 8 are fixedly mounted on the base 9. As a beam splitting element 4, for example, a beam splitting cube made up of two identical 90-degree prisms, tightly connected by their flat hypotenous surfaces forming its diagonal surface With 1 With 2 length
Figure 00000006
where A is the length of the edge of the cube. On the hypotenous surface of one of the 90-degree prisms, a beam splitting mirror 5 is preliminarily applied, which, as a result, is built into the beam splitting cube. Due to its mirror symmetry with respect to the diagonal surface C 1 C 2, the output surfaces C 2 C 3 and C 2 C 4 are mirror-symmetrical with respect to the beam splitter mirror 5. The first mirror 6 and the second mirror 7 are also installed mutually symmetrically with respect to the beam splitter mirror 5 at a distance H of from a friend and at an angle of inclination ξ to the indicated plane (in Fig. 1 ξ> 0). Therefore, the plane of the beam splitting mirror 5 is a plane of mirror symmetry (hereinafter the plane of symmetry) of the interferometer itself, including a beam splitting element 4 with a beam splitting mirror 5, a first mirror 6 and a second mirror 7.

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 С14 (показано стрелкой направления линейного перемещения 12). Ось вращения 10 расположена на расстоянии Т от той же поверхности С1С4 и ориентирована параллельно ребрам С14. 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 movable mirror 3 is equipped with a rotation axis 10, which provides this mirror with two movements simultaneously: angular - (shown by the arrow of the direction of angular movement 11), characterized by the angle of rotation ϕ, and linear, determined by the offset W and directed parallel to the surface C 1 C 4 of the beam splitting element 4, and also perpendicular to its ribs C 1 -C 4 (shown by the arrow of the direction of linear movement 12). The axis of rotation 10 is located at a distance T from the same surface With 1 With 4 and oriented parallel to the ribs With 1 -C 4 . Both movements are carried out by the coordination unit 13 and are mutually coordinated through it. The control unit 14 generates control signals for the matching unit 13. The two-beam interferometer is also equipped with an angular displacement sensor 15, designed to monitor the current characteristics of the two-beam interferometer during its operation.

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 С14. 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 source 1 generates a collimated light beam 2 of diameter D, which is oriented parallel to the aforementioned surface C 1 C 4 (hereinafter the input surface) along the direction of linear movement 12, and after reflection from the movable mirror 3 is reoriented to this surface at an incidence angle θ in the plane perpendicular to the edges C 1 -C 4 . The position of the collimated light beam 2 on the input surface is determined by the distance Q from the trace of the axial beam of this beam on it to the edge C 1 of the beam splitter mirror 5, which is close to the axis of rotation 10. Next, the collimated light beam 2 enters the beam splitter 4 at a refraction angle ψ, falls on beamsplitting mirror 5 at an angle χ, and its axial beam misses the point F at a distance from the edge of the M 2 C-splitting mirror 5 near to the photosensitive member 8. This beam splitter is split into two mirror 5 Partsa cial light beams 16 and 17. The first partial beam 16 passes through beam splitter mirror 5 as if continuing a collimated light beam 2 leaves the beam splitter 4 via the exit surface C 2 C 3 and is directed to the first mirror 6, the axial ray trace E a first partial light beam 16 on the surface remote from the edge C2-splitting mirror 5 by a distance B. The second partial beam 17 is reflected from the beam-splitting mirror 5, leaves the beam splitter 4 through vyho hydrochloric surface C 2 C 4 partial symmetrically to the first light beam 16 and directed to the second mirror 7. The partial light beams 16 and 17 reflected from the first mirror 6 and second mirror 7, respectively, overlap each other at an angle of convergence 2α. Due to the symmetry of the interferometer, these partial light beams are also mirror symmetric to each other with respect to the plane of symmetry. Therefore, the region of their mutual overlap highlighted in FIG. 1 is gray, has the same symmetry, and the point O of the intersection of their axial rays, remote at a distance L (hereinafter, the convergence length) from the edge C 2 of the beam splitter mirror 5 closest to the photosensitive element 8 lies on the indicated plane, is the center of symmetry of the periodic interference patterns formed in this area and is characterized by a zero order of interference. The difference in travel along the axes of the first partial light beam 16 and the second partial light beam 17 from the point F of their formation on the beam splitting mirror 5 to point O due to their mutual symmetry is zero at any angle of convergence. The photosensitive element 8 is placed inside the aforementioned overlapping region at a distance L 0 from the edge C 2 of the beam splitting mirror 5.

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 source 1. Therefore, one of the possibilities to control this period is to change the convergence angle. In turn, in the considered two-beam interferometer, the half convergence angle α is determined through the angle of incidence θ by the relation

Figure 00000007
Figure 00000007

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 angular displacement 11. In this case, an increase in the angle θ is accompanied by an increase in the angle α and vice versa, since according to (1) their increments are equal to: δθ = δα. As a result, the period Λ can be controlled by changing the angle of incidence θ.

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:

Figure 00000008
Figure 00000008

выведенной по правилам геометрической оптики, гдеderived by the rules of geometric optics, where

Figure 00000009
Figure 00000009

иand

Figure 00000010
Figure 00000010

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 photosensitive element 8, then from (2) and (3) we can obtain a formula describing the law of matching the distance Q with the half convergence angle α or according to formula (1) with an angle of incidence θ:

Figure 00000011
Figure 00000011

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 linear displacement 12, therefore, increasing the angle of incidence θ requires an almost proportional increase in the distance Q. Therefore, the problem of constructing a two-beam interferometer with a fixed photosensitive element is solved by coordinated rotation of the collimated light beam 2 and its linear movement along the input surface according to a law close to linear dependence.

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

Figure 00000012
. 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 unit 13, the angle of incidence θ and the distance Q W, are determined through the corresponding parameters of the rotation axis 10 of the movable mirror 3: rotation angle ϕ and linear shift W. The latter are counted from the rotation axis 10 in the initial position 18 of the movable mirror 3 ( is shown by dashed lines), in which the initial value of the angle of incidence θ 0 = 0 °, and the initial position Q 0 of the axial beam trace of the collimated light beam 2 is located in the center of symmetry of the input surface
Figure 00000012
. It should be noted that when the movable mirror 3 is rotated through an angle ϕ, the value of the angle of incidence θ changes by an amount twice the angle of rotation: θ = θ 0 + 2ϕ. Given the accepted value of θ 0, we obtain the equality:

Figure 00000013
Figure 00000013

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 light beam 2 intersects the axis of rotation 10, as shown in FIG. 1, then the interdependence of the geometric parameters of the matching node 13 is expressed by the following formula:

Figure 00000014
Figure 00000014

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 arrows 11 and 12, respectively. From (7) follows the dependence Q W (θ):

Figure 00000015
Figure 00000015

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 unit 13 under the action of control signals from the control unit 14 should also be linear or close to that. This is the basis for the approach to the construction of the coordination node 13.

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 coordination node 13, which implements the required type of coordination. The mechanism is placed in the housing 19, fixedly mounted on the base 9. The mechanism includes a platform 20, which can move relative to the housing 19 and, as a result, relative to the beam splitting element 4 along the zz axis in the direction of linear movement 12. This axis intersects the axis of rotation 10 , designated as Z, and is aligned with the axial beam of the collimated light beam 2 incident on the movable mirror 3. It is mounted in the frame of the movable mirror 21, which, like the axis of rotation 10, is rigidly fixed to the lever 22. Lednov arranged to perform a rotation about the axis of rotation 10 in the direction of the angular displacement 11. It is shown in a position corresponding to the starting position 18 (see. FIG. 1) of the movable mirror 3. As shown in FIG. 2, the lever 22 in this position, with its edge opposite the axis of rotation 10, contacts without a gap at a point K belonging to the z-z axis with a straight guide 23 inclined to this axis at an angle η. A segment ZK of length R is the shoulder of the lever 22. The specified contact is provided by the pressing created by the elastic element 24, for example, a spring, which abuts against the support 25, rigidly connected to the platform 20, and the lever 22 with the other.

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 platform 20 is moved to a distance W, the lever 22 is rotated through an angle ϕ about the axis of rotation 10 due to the sliding of its edge K along the inclined guide 23. As a result, the lever 22 is in an offset position 26 (shown by dashed lines), the axis of rotation is positioned at the point Z W , and the point of contact of the lever 22 with the guide 23 is at the point K W. From the triangle Z W K W K in the approximation of small angles ϕ and η, the law of motion of the described mechanism is found:

Figure 00000016
Figure 00000016

С учетом (6) получается требуемая линейная зависимость W(θ):Taking into account (6), we obtain the required linear dependence W (θ):

Figure 00000017
Figure 00000017

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

Figure 00000018
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 node 13, to the required dependence Q (θ) according to (5). For such a procedure, you can assign two points with coordinates, (Q 1 , θ 1 ) and (Q 2 , θ 2 ), which belong to both dependencies, (5) and (8). Let these points determine the extreme possible positions of the trace of the axial beam of the collimated light beam 2 on the input surface C 1 C 4 of the beam splitting element 4 - Q 1 = Q W1 = 0 or
Figure 00000018
The corresponding values of the angle of incidence, θ 1 or θ 2 , are found from the equations constructed on the basis of formula (5) by substituting the accepted values Q 1 or Q 2 instead of Q on its left side, and the expression θ 1 + 2ξ instead of the variable α + 45 ° or θ 2 + 2ξ + 45 ° according to (1). Moreover, θ 1 is the minimum, and θ 2 - the maximum possible values of the angle of incidence, and the corresponding values of the half angle of convergence α 1 and α 2 - the lower and upper boundary values of the adjustment range of this angle, which can be implemented in the considered interferometer with given geometric parameters H and ξ.

Из формулы (10) рассчитываются значения W11R/(2η) и W22R/(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 rotation 10 can be displaced, with a length

Figure 00000019
Figure 00000019

где Δα=α2121 - 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 21 = θ 21 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:

Figure 00000020
Figure 00000020

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 rotation 10 to the input surface C 1 C 4 is found from (8) by substituting Q W -Q 1 or Q 2 instead of WW 1 or W 2 and instead of θ-θ 1 or θ 2, respectively:

Figure 00000021
Figure 00000021

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:

Figure 00000022
Figure 00000022

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 matching unit 13, in which the zz axis is removed from the input surface С 1 С 4 by a distance T = 35 mm, which sets the required total linear travel W Σ = 26.5 mm according to (14). From (12) the lever arm 22 R = 40 mm is determined if the angle of inclination of the guide 23 η = 8 °.

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 light beam 2 should be taken into account: so that it does not go beyond the input surface, the extreme positions of its axial beam are specified by the condition that this beam touches the boundaries C 1 or C 4 :

Figure 00000023
Figure 00000023

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:

Figure 00000024
Figure 00000024

или его сокращенным вариантом:or its shortened version:

Figure 00000025
Figure 00000025

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: W=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 = 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 node 13 and described by formula (8), slightly differ, therefore, the center of symmetry pattern (see Fig. 1) is shifted relative to the photosensitive element 8 by

Figure 00000026
Figure 00000026

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

Figure 00000027
Figure 00000027

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:

Figure 00000028
Figure 00000028

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

Figure 00000029
Figure 00000029

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

Figure 00000030
the interference pattern across the plane of symmetry falls on the photosensitive element 8. The interference pattern is completely outside it if the mentioned difference reaches zero, therefore it is necessary that the inequality
Figure 00000030

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 displacement coefficient 28 on the angle of incidence θ of the collimated light beam 2 on the input surface - k s (θ) - for the above example of the inventive two-beam interferometer. Labels at the lowest value of the angle of incidence 29 θ D1 = -3.96 ° and at the highest value of the angle of incidence 30 θ D2 = 3.96 ° limit the allowable interval of variation of the angle of incidence, and the lowest level of the displacement coefficient 31 k s ≈ -0.0023 and the highest level of the bias coefficient 32 k s ≈0.0023 is determined by the segment within which the center of symmetry O shifts relative to the photosensitive element 8 in the process of changing the convergence angle, the offset δL does not go beyond the interval from -0.15 to 0.15 mm. Such small displacements practically do not affect the contrast of the interference pattern.

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 light beam 2 on the input surface and its position on this surface, determined by the distance Q, can be represented as the law of matching the angle of incidence χ of the collimated light beam 2 on the beam splitting surface 5 and its position on it, determined by the distance M. From FIG. 1 it follows that

Figure 00000031
Figure 00000031

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:

Figure 00000032
Figure 00000032

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:

Figure 00000033
Figure 00000033

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 partial light beam 16 from point F on the beam splitter mirror 5 to the point E of its exit on the surface C 2 C 3 beam splitter item 4:

Figure 00000034
Figure 00000034

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 first mirror 6 and the second mirror 7, the tilt angle ξ of these mirrors and the distance L 0 from the edge C 2 of the beam splitter mirror 5 to the photosensitive element 8:

Figure 00000035
Figure 00000035

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:

Figure 00000036
Figure 00000036

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:

Figure 00000037
Figure 00000037

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,

Figure 00000038
- угол поворота подвижного зеркала 3 относительно начального положения 18, в котором χ=45°.where W is the displacement of the axis of rotation 10 of the movable mirror 3 relative to the initial position 18, in which M = G / 2, G is the length of the beam splitting mirror 5 along the plane of incidence of the collimated light beam 2, M is the distance from the position F of the axial beam of the collimated light beam 2 on the beam splitter mirror 5 to its edge C 2 , closest to the photosensitive element 9 and expressed by the formula (26), χ is the angle of incidence of the collimated light beam 2 on the beam splitter mirror 4 and expressed by the formula (23), T is the distance from the rotation axis 10 to input overhnosti C 1 C 4 beam-splitting element 4,
Figure 00000038
- the angle of rotation of the movable mirror 3 relative to the initial position 18, in which χ = 45 °.

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 light beam 2, an optically coupled source 1, a beam splitting element 4 with a beam splitting mirror 5, a first mirror 6, a second mirror 7 and a photosensitive element 8.

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

Figure 00000039
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 beam splitting element 4 with a beam splitting mirror 5, a first mirror 6, a second mirror 7 and a photosensitive element 8 are fixedly mounted on the base 9. As a beam splitting element 4, for example, a beam splitting cube with a length C 1 C 2 embedded along its diagonal surface
Figure 00000039
where A is the length of the edge of the cube by the beam splitting mirror 5. The beam splitting cube is mirror symmetric with respect to this diagonal surface; therefore, the output surfaces C 2 C 3 and C 2 C 4 are mirror symmetric with respect to the beam splitting mirror 5. The first mirror 6 and the second mirror 7 are also installed mutually symmetrical with respect to the beam splitting mirror 5 at a distance H from each other and at an angle of inclination ξ (in Fig. 3 ξ> 0). Therefore, the plane of the beam splitter mirror 5 is a plane of mirror symmetry (hereinafter the plane of symmetry) of the interferometer itself, composed of a beam splitter element 4 with a beam splitter mirror 5, a first mirror 6 and a second mirror 7.

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 С14. Ось вращения 10 расположена на расстоянии Т от входной поверхности и ориентирована параллельно ребрам С14. 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 source 1 is connected to the axis of rotation 10 so that it intersects with the continuation of the axial beam of the collimated light beam 2, and the axis of rotation 10 simultaneously performs two movements: angular (shown by arrow 11), characterized by an angle of rotation ϕ, and linear (shown by arrow 12), defined by the displacement W and directed parallel to the surface C 1 C 4 of the beam splitting element 4 (hereinafter the input surface), as well as perpendicular to its ribs C 1 -C 4 . The axis of rotation 10 is located at a distance T from the input surface and is oriented parallel to the ribs C 1 -C 4 . Both movements are carried out using the coordination node 13 and are mutually coordinated through it. The control unit 14 generates control signals to the matching unit 13. The two-beam interferometer is also equipped with an angular displacement sensor 15, designed to monitor the current characteristics of the two-beam interferometer during its operation.

Источник 1 генерирует коллимированный световой пучок 2 диаметром D, который направляется непосредственно на входную поверхность под углом падения θ в плоскости, перпендикулярной ребрам С14. 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.Source 1 generates a collimated light beam 2 of diameter D, which is sent directly to the input surface at an incidence angle θ in a plane perpendicular to the ribs C 1 -C 4 . The position of this beam on the input surface is determined by the distance Q from the trace of its axial beam on this surface to the edge C 1 of the beam splitting mirror 5, which is closest to the source 1. Next, the collimated light beam 2 enters the beam splitter 4 at a refraction angle ψ and falls onto the beam splitter mirror 5 angle χ, and its axial beam misses the point f at a distance from the edge of the M 2 C-splitting mirror 5 near to the photosensitive member 8. This beam splitter mirror 5 is divided into two partial light n PFA: 16 and 17. The first partial beam 16 passes through beam splitter mirror 5 and leaves the beam splitter 4 via the exit surface C 2 C 3, the mark on the surface E of the axial ray of this beam is determined by the distance from the edge in C 2 5-splitting mirror. The second partial beam 17 is reflected from the beam-splitting mirror 5 and leaves the beam splitter 4 via the exit surface C 2 C 4 partial symmetrically to the first light beam 16. The two partial light beams 16 and 17 reflected on the first mirror 6 and second mirror 7, respectively, overlap each other at an angle of convergence 2α. Due to the symmetry of the interferometer, these partial light beams are also mutually mirror symmetric with respect to the plane of symmetry. Therefore, the region of their mutual overlap highlighted in FIG. 3 is gray, has the same symmetry, and the point O of the intersection of their axial rays, remote at a distance L (hereinafter, the convergence length) from the edge C 2 of the beam splitter mirror 5 closest to the photosensitive element 8, lies on the indicated plane, is the center of symmetry of the periodic interference patterns formed in this area and is characterized by a zero order of interference. The path difference along the axes of the partial light beams 16 and 17 from the point F on the beam splitter mirror 5 to the point O of intersection of their axial rays is zero at any angle of convergence. The photosensitive element 8 is placed inside the aforementioned overlapping region at a distance L 0 from the edge C 2 of the beam splitting mirror 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 source 1. Therefore, one of the possibilities to control this period is to change the angle of convergence. In turn, it follows from formula (1) that the period Λ can be controlled by changing the angle of incidence θ.

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 photosensitive element 8, i.e. satisfy the condition L = L 0 , then in this case the required distance Q is expressed by formula (5). It gives a dependence Q (θ) close to linear. The latter is a guide for constructing a two-beam interferometer with a fixed photosensitive element 8.

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:

Figure 00000040
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 unit 13, the angle of incidence θ and the distance Q W, are determined through the corresponding parameters of the position of source 1: the angle of rotation ϕ equal to the angle of incidence θ and the linear shift W. Both last parameters are counted from the position of the axis of rotation 10 corresponding to the initial position 18 of the source 1 (shown by dashed lines), in which the collimated light beam 2 normally falls on the input surface (the initial value of the angle of incidence θ 0 = 0 °), and the initial distance Q 0 is equal to half the total width of the input surface C 1 C 4 :
Figure 00000040
The interdependence of the geometric parameters of the matching node 13 is expressed by formulas (7) and (8), taking into account the approximation tgθ≈θ by the condition of smallness θ << 1. It follows from (8) that an acceptable combination of the dependence Q W (θ) expressed by it with the required dependence Q (θ) according to (5) is possible if the function W (θ) generated by the matching node 13 is also close to linear. This condition determines the choice of the mechanism laid in the basis of the design of this node.

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 housing 19 fixedly mounted on the base 9 and includes a platform 20 that can move relative to the housing 19 and, as a result, relative to the beam splitting element 4 in the direction of linear movement 12 along the zz axis parallel to the input surface and intersecting with the axis of rotation 10, denoted as Z. The source 1 is placed in the frame of the source 27, which, like the axis of rotation 10, is rigidly fixed to the lever 22. The latter is mounted with the ability to rotate around the axis of rotation 10 in a directional ju angular displacement 11 and is depicted in the position corresponding to the initial position 18 (see Fig. 3) of the source 1. In FIG. 4, the lever 22 itself in this position, with its edge opposite the axis of rotation 10, is in contact without a gap at a point K belonging to the z-z axis with a straight guide 23 inclined to this axis at an angle η. A segment ZK of length R is the shoulder of the lever 22. The specified contact is provided by the pressing created by the elastic element 24, for example, a spring, which abuts against the support 25, rigidly connected to the platform 20, and the lever 22 with the other.

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 platform 20 is moved to a distance W, the lever 22 is rotated through an angle ϕ about the axis of rotation 10 due to the sliding of its edge K along the guide 23. As a result, the lever 22 occupies an offset position 26 (shown by dashed lines), the axis of rotation is shifted to the point Z W , and the point the contact of the lever 22 with the guide 23 to the point K W. From the triangle Z W K W K in the approximation of small angles ϕ and η, we obtain the law of motion of the described mechanism:

Figure 00000041
Figure 00000041

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):

Figure 00000042
Figure 00000042

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 light beam 2 with diameter D of the boundaries C 1 or C 4 of the input surface touches, respectively (see Fig. 3), and the coordinates in each pair are interconnected by formulas (15). The index D means that these extreme positions are selected taking into account the diameter of the beam. The dependence Q W (θ), bound to Q (θ), must also pass through these points. The values of θ D1 or θ D2 can be found from (5) if we substitute Q = Q D1 or Q D2 from (15) in the left side and α = θ D1 + 2ξ + 45 ° or θ D2 + 2ξ + 45 in the right °. With D = 5 mm, the extreme positions are Q D1 = 2.51 mm and Q D2 = 17.49 mm, the extreme values of the angle of incidence are θ D1 = -3.96 ° and θ 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 °.

Полный ход линейного перемещения W в рассматриваемом механизме согласования на фиг. 4 можно найти по формуле (17); в ней W=WD2-WD1, ΔQD=QD2-QD1 и ΔαDD2D1D2D1. Если ось z-z удалена от входной поверхности С1С4 (см. фиг. 3) на расстояние T=35 мм, то требуемый ход линейного перемещения составляет W=19,83 мм. Крайние положения линейного перемещения, ограничивающие отрезок оси z-z, в пределах которого смещается источник 1, рассчитываются по формуле (30): WD1D1R/η и WD2D2R/η, благодаря чему получается соотношение оставшихся двух параметров механизма согласования:The full stroke of the linear displacement W in the matching mechanism in FIG. 4 can be found by formula (17); in it, W = W D2 -W D1 , ΔQ D = Q D2 -Q D1 and Δα D = α D2D1 = θ D2D1 . 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 = 19.83 mm. The extreme positions of linear displacement, limiting the segment of the zz axis, within which the source 1 is shifted, are calculated by the formula (30): W D1 = θ D1 R / η and W D2 = θ D2 R / η, so that the ratio of the remaining two parameters of the mechanism is obtained coordination:

Figure 00000043
Figure 00000043

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 guide 23 is equal to that in the inventive two-beam interferometer according to the first embodiment, the length of the arm of the lever 22 is half as much: R = 20 mm.

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 photosensitive element 8 according to (18). Obviously, at the anchor points considered above, δL = 0. To maintain a high contrast of the interference pattern, this displacement should be small in comparison with its length S along the plane of symmetry expressed by formula (19). The smallness of the displacement δL is estimated using the displacement coefficient k s defined by formula (19) and modulo not exceeding 1: | k s | ≤1.

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 incidence 29 θ D1 = -3.96 ° and at the highest value of the angle of incidence 30 θ D2 = 3.96 ° limit the allowable interval of variation of the angle of incidence, and the lowest level of the displacement coefficient 31 k s ≈ -0.0023 and the highest level of the bias coefficient 32 k s ≈0.0023 is determined by the segment within which the center of symmetry O is shifted relative to the photosensitive element 8 during the adjustment of the convergence angle, the offset δL does not go beyond the interval from -0.15 to 0.15 mm. Such small displacements practically do not affect the contrast of the interference pattern.

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 light beam 2 on the input surface with its position on this surface, determined by the distance Q, can be converted into the corresponding law, which relates the angle of incidence χ of the collimated light beam 2 on the beam splitting surface 5 and its position on determined by the distance M. The ratio of the angles χ and ψ is determined from FIG. 3 by formula (22) and, taking into account the law of refraction, by formula (23). The distance B is expressed through variables χ and M by the formula (25), which is derived by solving the triangle FEC 2 , the sides of which are formed by the distances 6, M and the segment FE of the axial beam of the first partial light beam 16 from point F to point E of its exit on the surface C 2 C 3 of the beam splitting element 4. Formulas (2) and (25) allow you to create a formula (26) that displays the distance M through the parameters of the interferometer: the distance H between the first mirror 6 and the second mirror 7, the tilt angle ξ of these mirrors and the distance L 0 from the edge With 2 beam splitting mirrors 5 to the photosensitive element 8, and substituting into the formula (1) the expression for θ from (24), enter the angle χ in (26). Substituting (25) into (3), we can find the dependence of the distance Q on χ and M described by formula (27). Finally, the combination of (7) and (27), taking into account the equality θ = ϕ, gives the desired law that describes the matching of the linear and angular motions of source 1:

Figure 00000044
Figure 00000044

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 rotation 10 of the source 1 relative to the initial position 18, in which M = G / 2, G is the length of the beam splitter mirror 5 along the plane of incidence of the collimated light beam 2, M is the distance from the position F of the axial beam of the collimated light beam 2 on the beam splitting mirror 5 to its edge C 2 , closest to the photosensitive element 9 and expressed by the formula (26), χ is the angle of incidence of the collimated light beam 2 on the beam splitting mirror 4 and expressed by the formula (23), T is the distance from the rotation axis 10 to the input superficially of the beam splitting element 4, ϕ is the angle of rotation of the axis of rotation 10 of the source 1 relative to the initial position 18, in which χ = 45 °.

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)

1. 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, отличающийся тем, что он 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 формуле1. A two-beam interferometer, which includes a collimated light beam source, a base with a fixed beam splitting element fixed to it with a beam splitting mirror, dividing 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 guides reflected from them by the first a partial light beam and a second partial light beam towards each other until they intersect on the photosensitive element, an angular displacement sensor, a control unit, characterized in that it is additionally equipped with a movable mirror with an axis of rotation, made directing the collimated light beam to the beam splitter mirror element, while the axis of rotation is made providing simultaneous angular movement of the movable mirror, changing the angle of incidence of the collimated about the light beam to the beam splitting mirror of the beam splitting element, and 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 movements of the axis of rotation, and matching them together, according to the formula
Figure 00000045
,
Figure 00000045
,
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, X - 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 X=45°, а источник коллимированного светового пучка выполнен закрепленным неподвижно на основании.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, X 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 flax initial position, wherein X = 45 °, and the source of collimated light beam is made fixedly secured to the base. 2. Двухлучевой интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что светоделительный элемент со светоделительным зеркалом выполнен с выходными гранями светоделительного элемента, симметричными относительно плоскости этого светоделительного зеркала.2. A two-beam interferometer according to claim 1, characterized in that 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. 3. Двухлучевой интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что первое зеркало и второе зеркало выполнены расположенными взаимно симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала.3. A two-beam interferometer according to claim 1, characterized in that the first mirror and the second mirror are arranged mutually symmetrically with respect to the plane of the beam splitting mirror. 4. 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, отличающийся тем, что он 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 формуле4. A two-beam interferometer, which includes a source of collimated light beam, a base with a fixed beam splitting element fixed to it with a beam splitting mirror, dividing the collimated light beam into the first partial light beam and the second partial light beam, the first mirror, the second mirror, and the photosensitive element, optically coupled to a collimated light beam source, wherein the first mirror and the second mirror are oriented by guides reflected from them by the first the partial light beam and the second partial light beam towards each other until they intersect on the photosensitive element, an angular displacement sensor, a control unit, characterized in that it is additionally equipped with a rotation axis, which provides simultaneous angular movement of the source, changing the angle of incidence of the collimated light beam to the beam splitting mirror of the beam splitting element, and linear movement of the source, changing the position of the collimated light beam by 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 movements of the axis of rotation, and matching them together, according to the formula
Figure 00000046
,
Figure 00000046
,
где W - смещение 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, X - угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало, T - расстояние от оси вращения до входной поверхности светоделительного элемента, ϕ - угол поворота оси вращения относительно начального положения, в котором X=45°.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, X 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 relative to the initial th position in which X = 45 °. 5. Двухлучевой интерферометр по п. 4, отличающийся тем, что светоделительный элемент со светоделительным зеркалом выполнен с выходными гранями светоделительного элемента, симметричными относительно плоскости этого светоделительного зеркала.5. A two-beam interferometer according to claim 4, characterized in that 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. 6. Двухлучевой интерферометр по п. 4, отличающийся тем, что первое зеркало и второе зеркало выполнены расположенными взаимно симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала.6. A two-beam interferometer according to claim 4, characterized in that the first mirror and the second mirror are arranged mutually symmetrically with respect to the plane of the beam splitting mirror.
RU2017141671A 2017-11-29 2017-11-29 Two-beam interferometer (variants) RU2667335C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
TW201627636A (en) Interferometric encoder systems
JP2014522982A (en) Grating-based scanner with phase and pitch adjustment
KR102088869B1 (en) Optical position measurement apparatus
CN103688134A (en) Scanner with phase and pitch adjustment
US9127924B2 (en) Interferometer
RU2667335C1 (en) Two-beam interferometer (variants)
US8780357B2 (en) Optical displacement measurement device with optimization of the protective film
US9797704B2 (en) Interferometer having two transparent plates in parallel for making reference and measurement beams parallel
JPH01284704A (en) Method and device for measuring microstructure of surface
JP5786270B2 (en) Two-color interference 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