RU2714865C1 - Interferometer - Google Patents

Interferometer Download PDF

Info

Publication number
RU2714865C1
RU2714865C1 RU2019118818A RU2019118818A RU2714865C1 RU 2714865 C1 RU2714865 C1 RU 2714865C1 RU 2019118818 A RU2019118818 A RU 2019118818A RU 2019118818 A RU2019118818 A RU 2019118818A RU 2714865 C1 RU2714865 C1 RU 2714865C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
interferometer
optical
phase
output
source
Prior art date
Application number
RU2019118818A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Николаевич Торопов
Николай Иванович Чхало
Николай Николаевич Салащенко
Илья Вячеславович Малышев
Борис Александрович Уласевич
Дмитрий Александрович Гаврилин
Антон Арамович Ахсахалян
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ 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 научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН)
Priority to RU2019118818A priority Critical patent/RU2714865C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2714865C1 publication Critical patent/RU2714865C1/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: invention relates to engineering physics. Interferometer has a laser stabilized in power and wavelength He:Ne, having a magnetooptical insulator installed at its output and 5-coordinate device for setting laser radiation into optical fiber, by means of which it is connected to a fiber-optic light beam splitter, which divides the light beam into the first and second coherent optical channels, each of which comprises series-installed optical fiber polarization controller, phase-shifting element and reference spherical wave source, wherein both phase-shifting elements are connected to two-channel controller. Interferometer also has a recording device with two digital video cameras, optically coupled with a source of a reference spherical wave of the first coherent optical channel, and 5-coordinate table at the output of the interferometer for setting up a wavefront corrector.
EFFECT: technical result consists in creation of compact interferometer with possibility of its use with both horizontal and vertical orientation of optical axis, which allows more efficient performance of its functions.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, в частности к инструментам для исследования и измерения оптических элементов и систем, и может быть использовано в технической диагностике, например, для контроля параметров и хода технологических процессов.The invention relates to technical physics, in particular to tools for research and measurement of optical elements and systems, and can be used in technical diagnostics, for example, to control parameters and progress of technological processes.

Известен низкокогерентный интерферометр с дифракционной волной сравнения (патент RU 2547346), содержащий источник низкокогерентного света, поляризационные контроллеры и источник двух эталонных сферических волн.Known low-coherence interferometer with a diffraction comparison wave (patent RU 2547346) containing a source of low-coherent light, polarization controllers and a source of two reference spherical waves.

К недостаткам известного решения можно отнести сложность оптической схемы и всей конструкции интерферометра, а также недостаточная эффективность работы интерферометра.The disadvantages of the known solutions include the complexity of the optical design and the entire design of the interferometer, as well as the insufficient efficiency of the interferometer.

Задачей изобретения является создание компактного интерферометра с возможностью его использования как с горизонтальной, так и с вертикальной ориентацией оптической оси, позволяющего более эффективно выполнять свои функции.The objective of the invention is to create a compact interferometer with the possibility of its use with both horizontal and vertical orientation of the optical axis, which allows more efficiently perform their functions.

Поставленная задача решается тем, что интерферометр содержит закрепленные в едином корпусе стабилизированный по мощности и длине волны He:Ne лазер с установленными на его выходе магнитооптическим изолятором и 5-ти координатным устройством заводки лазерного излучения в оптоволокно, с помощью которого он соединен с оптоволоконным делителем пучка света, разделяющим пучок света на первый и второй когерентные оптические каналы, каждый из которых содержит последовательно установленные оптоволоконный контроллер поляризации, фазосдвигающий элемент и источник эталонной сферической волны, при этом оба фазосдвигающих элемента соединены с двухканальным контроллером, интерферометр также содержит регистрирующее устройство с двумя цифровыми видеокамерами, оптически сопряженное с источником эталонной сферической волны первого когерентного оптического канала, и 5-ти координатный стол на выходе интерферометра для установки корректора волнового фронта.The problem is solved in that the interferometer contains a laser stabilized in power and wavelength He: Ne with a magneto-optical insulator installed at its output and a 5-axis device for laser radiation into an optical fiber, with which it is connected to an optical fiber beam splitter light dividing the light beam into the first and second coherent optical channels, each of which contains sequentially mounted fiber optic polarization controller, phase shifting an element and a reference spherical wave source, while both phase-shifting elements are connected to a two-channel controller, the interferometer also contains a recording device with two digital video cameras, optically coupled to a reference spherical wave source of the first coherent optical channel, and a 5-coordinate table at the output of the interferometer for installation wavefront corrector.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана блок-схема интерферометра.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a block diagram of an interferometer.

Основными элементами интерферометра являются стабилизированный по мощности и длине волны He:Ne лазер 1 с магнитооптическим изолятором и 5-ти координатным устройством заводки лазерного излучения в оптоволокно 2. Свет после заводки в оптоволокно попадает в оптоволоконный делитель пучка света 3, в котором разделяется на два когерентных оптических канала с интенсивностью в каждом примерно 1:1. Затем свет в каждом канале попадает на оптоволоконные контроллеры поляризации 4.1 и 4.2. Свет от канала 4.2 попадает на фазосдвигающий элемент 5.2 для управления фазовыми характеристиками фронта на выходе источника эталонной сферической волны (ИЭСВ) 7.2. Свет от канала 4.1 попадает на фазосдвигающий элемент 5.1 для управления фазовыми характеристиками фронта на выходе интегрированного с плоским зеркалом источника эталонной сферической волны (ИМИЭСВ) 7.1.The main elements of the interferometer are He: Ne laser 1 stabilized in power and wavelength with a magneto-optical isolator and a 5-coordinate device for fusing laser radiation into optical fiber 2. The light after being fed into the optical fiber enters the fiber optic beam splitter 3, which is divided into two coherent optical channels with an intensity in each of approximately 1: 1. Then the light in each channel hits the fiber optic polarization controllers 4.1 and 4.2. Light from channel 4.2 enters the phase-shifting element 5.2 to control the phase characteristics of the front at the output of the reference spherical wave (IESW) 7.2. The light from channel 4.1 enters the phase-shifting element 5.1 to control the phase characteristics of the front at the output of a reference spherical wave source (IMIESV) integrated with a flat mirror 7.1.

Управление фазосдвигающими элементами 5.1 и 5.2 осуществляется от двухканального контроллера 6. В свою очередь управляющие сигналы в двухканальный контроллер 6 поступают от цифровой видеокамеры 9.1, на которой производится регистрация интерференционной картины.The phase-shifting elements 5.1 and 5.2 are controlled from a two-channel controller 6. In turn, the control signals to the two-channel controller 6 are received from a digital video camera 9.1, on which the interference pattern is recorded.

Сферическая расходящаяся волна ИЭСВ 7.1 частично засвечивает исследуемую деталь 11, частично направляется в оптическое регистрирующее устройство 8. Волновой фронт, отраженный от исследуемой детали 11 (рабочий фронт) фокусируется на плоском зеркале ИМИЭСВ 7.1, в непосредственной близости от ИЭСВ и далее, вместе с эталонным фронтом распространяется в направлении оптической части регистрирующего устройства 8. Оптическая часть регистрирующего устройства образована входным объективом и двумя линзами. Регистрация интерферограммы производится с помощью цифровой видеокамеры 9.1.The spherical diverging wave of the IESW 7.1 partially illuminates the investigated part 11, partly directed to the optical recording device 8. The wavefront reflected from the studied part 11 (working front) is focused on a flat mirror IMIESV 7.1, in the immediate vicinity of the IESW and further along with the reference front extends in the direction of the optical part of the recording device 8. The optical part of the recording device is formed by an input lens and two lenses. Registration of the interferogram is performed using a digital video camera 9.1.

С учетом концепции прибора, объектив выбран такого типа, что обеспечивает изображение точечного источника в бесконечности, а линзы строят изображение на видеокамере. Такая концепция позволяет установить объектив с иной рабочей апертурой, не меняя взаимное положение других оптических элементов.Taking into account the concept of the device, the lens is selected of the type that provides the image of a point source at infinity, and the lenses build an image on a video camera. This concept allows you to set the lens with a different working aperture, without changing the relative position of other optical elements.

В концепции интерферометра предусмотрено плоское зеркало, расположенное между линзами в регистрирующем устройстве 8, которое можно вводить/выводить из пучка. В плоскости изображения оптической системы, образованной объективом, первой линзой и плоским зеркалом устанавливается вторая видеокамера 9.2, на которой формируется изображение ИМИЭСВ 7.1. Сигнал с камеры также выводится на монитор компьютера. Этот дополнительный канал позволяет производить настройку исследуемой детали дистанционно, по картинке с монитора.The concept of the interferometer provides a flat mirror located between the lenses in the recording device 8, which can be entered / withdrawn from the beam. In the image plane of the optical system formed by the lens, the first lens and a flat mirror, a second video camera 9.2 is installed, on which IMISV 7.1 image is formed. The signal from the camera is also output to the computer monitor. This additional channel allows you to configure the investigated part remotely, according to the picture from the monitor.

При изучении выпуклых или асферических деталей на выходе интерферометра предусмотрен 5-ти координатный стол для установки корректора волнового фронта 10, который преобразует расходящийся сферический фронт в требуемый по форме (сходящийся, плоский или асферический).When studying convex or aspherical parts, a 5-coordinate table is provided at the output of the interferometer for installing a wavefront corrector 10, which converts a diverging spherical front into a desired shape (converging, flat or aspherical).

Основные преимущества перед низкокогерентным интерферометром (патент RU 2547346):The main advantages over a low coherent interferometer (patent RU 2547346):

- стабилизированный по частоте и мощности He-Ne лазер, обеспечивающий меньшие фазовые искажения волнового фронта, тем самым повышается точность измерений;- a He-Ne laser stabilized in frequency and power, providing less phase distortion of the wavefront, thereby increasing the accuracy of measurements;

- отсутствует линия задержки, что упрощает оптическую схему и конструкцию интерферометра;- there is no delay line, which simplifies the optical design and design of the interferometer;

- упрощается конструкция узла источника эталонной сферической волны, вместо двух источников используется один;- simplifies the design of the source node of the reference spherical wave, instead of two sources, one is used;

- оптическая часть регистрирующего устройства построена таким образом, что можно изменять рабочую апертуру интерферометра за счет только замены объектива без подстройки других оптических элементов регистрирующего устройства.- the optical part of the recording device is constructed in such a way that it is possible to change the working aperture of the interferometer by only replacing the lens without adjusting the other optical elements of the recording device.

В конструкцию интерферометра введено плоское зеркало и вторая камера, позволяющие проводить настройку изучаемой детали дистанционно, смотря на монитор компьютера, на котором выведено изображение области с источником эталонной сферической волны (раньше нужно было убирать видеокамеру, использовать специальный окуляр, перенастраивать оптическую часть регистрирующей системы на получение изображения области источника сферической волны, тянуться (если достанешь) и как-то юстировать деталь.A flat mirror and a second camera are introduced into the design of the interferometer, allowing remote tuning of the studied part, looking at the computer monitor, which displays an image of the area with the source of the reference spherical wave (previously it was necessary to remove the video camera, use a special eyepiece, and reconfigure the optical part of the recording system to obtain images of the area of the source of the spherical wave, stretch (if you get it) and somehow align the part.

Линзы оптического устройства части регистрирующей системы разработаны таким образом, что минимизируется аберрация комы при прохождении рабочего и эталонного фронтов через оптическую часть регистрирующей системы.The lenses of the optical device of a part of the recording system are designed in such a way that coma aberration is minimized when the working and reference fronts pass through the optical part of the recording system.

Claims (1)

Интерферометр, содержащий закрепленные в едином корпусе стабилизированный по мощности и длине волны He:Ne лазер с установленными на его выходе магнитооптическим изолятором и 5-координатным устройством заводки лазерного излучения в оптоволокно, с помощью которого он соединен с оптоволоконным делителем пучка света, разделяющим пучок света на первый и второй когерентные оптические каналы, каждый из которых содержит последовательно установленные оптоволоконный контроллер поляризации, фазосдвигающий элемент и источник эталонной сферической волны, при этом оба фазосдвигающих элемента соединены с двухканальным контроллером, интерферометр также содержит регистрирующее устройство с двумя цифровыми видеокамерами, оптически сопряженное с источником эталонной сферической волны первого когерентного оптического канала, и 5-координатный стол на выходе интерферометра для установки корректора волнового фронта.An interferometer that contains a laser stabilized in power and wavelength He: Ne with a magneto-optical insulator installed at its output and a 5-coordinate device for laser radiation into optical fiber, with which it is connected to an optical fiber beam splitter that divides the light beam into the first and second coherent optical channels, each of which contains a sequentially installed fiber optic polarization controller, a phase-shifting element and a reference spherical source second wave, and both the phase-shifting element connected to the dual controller, the interferometer further comprises a recording device with two digital cameras is optically conjugate to the reference source of the first spherical wave coherent optical channel, and 5-axis table at the output of the interferometer to set the wavefront corrector.
RU2019118818A 2019-06-18 2019-06-18 Interferometer RU2714865C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118818A RU2714865C1 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Interferometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118818A RU2714865C1 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Interferometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714865C1 true RU2714865C1 (en) 2020-02-19

Family

ID=69625864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118818A RU2714865C1 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Interferometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714865C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760920C1 (en) * 2021-06-03 2021-12-01 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Standardless highly coherent interferometer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2240502C1 (en) * 2002-02-14 2004-11-20 Феликс Исаакович Фельдштейн Method for analysis of object and optical interferometer for realization of said method
RU2305253C1 (en) * 2006-05-10 2007-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (СПбГЭТУ (ЛЭТИ" им. В.И. Ленина)) Fiber-optical sensor system
RU2547346C1 (en) * 2013-10-30 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук (ИФМ РАН) Low-coherence interferometer with diffraction reference wave and source of two spherical reference waves therefor
US9696138B2 (en) * 2011-08-01 2017-07-04 University Of Florida Research Foundation, Inc. Simultaneous refractive index and thickness measurements with a monochromatic low-coherence interferometer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2240502C1 (en) * 2002-02-14 2004-11-20 Феликс Исаакович Фельдштейн Method for analysis of object and optical interferometer for realization of said method
RU2305253C1 (en) * 2006-05-10 2007-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (СПбГЭТУ (ЛЭТИ" им. В.И. Ленина)) Fiber-optical sensor system
US9696138B2 (en) * 2011-08-01 2017-07-04 University Of Florida Research Foundation, Inc. Simultaneous refractive index and thickness measurements with a monochromatic low-coherence interferometer
RU2547346C1 (en) * 2013-10-30 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук (ИФМ РАН) Low-coherence interferometer with diffraction reference wave and source of two spherical reference waves therefor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760920C1 (en) * 2021-06-03 2021-12-01 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Standardless highly coherent interferometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11340438B2 (en) Fiber splitter device for digital holographic imaging and interferometry and optical system comprising said fiber splitter device
US6992779B2 (en) Interferometer apparatus for both low and high coherence measurement and method thereof
US5548403A (en) Phase shifting diffraction interferometer
EP3125015B1 (en) Focusing apparatus and method
US7027161B2 (en) Adaptive optical system with self-referencing contrast control
WO2019027744A1 (en) Overlay metrology using multiple parameter configurations
CN108700509A (en) The system and method for spectral tuning for wideband light source
KR102437975B1 (en) In-line flying-over beam pattern scanning hologram microscopy using scan mirror and translation stage
CN106768280B (en) Multi-wavelength lens-free Fourier transform digital holography-based vibration detection device
US20100188669A1 (en) Laser beam centering and pointing system
JP6651032B2 (en) Method of operating fiber-optic system and fiber-optic system
CN105353516B (en) Double-beam synthesis sensor for regional imaging of pupil optical axis by single detector
Bechter et al. On-sky single-mode fiber coupling measurements at the Large Binocular Telescope
Scott et al. Jouvence of FLUOR: upgrades of a fiber beam combiner at the CHARA array
CN116379961B (en) Phase measurement system and method
US3437395A (en) Optical system for inverted microscope
RU2714865C1 (en) Interferometer
US9671287B2 (en) Hyperspectral imaging
CN106575030A (en) Microscope having a beam splitter assembly
Olivares et al. Optical and mechanical updates in the GREGOR Infrared Spectrograph for simultaneous spectral observations
US5715055A (en) Spectroscope utilizing a coupler to concurrently apply parallel light beams to a sample and a reference light and processing the resulting light beams thereby compensating for environmental changes
US20230259069A1 (en) A Module for Generating an Interference Pattern for Producing a Digital Holographic Image, a Related Method, and a Digital Holographic Microscope
CN111474699B (en) Operation microscope with programmable aperture
CN116608792B (en) Wavefront interferometry system and method
US20230130348A1 (en) Holographic microscope and using method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210115

Effective date: 20210115