RU2811356C1 - Scanning fabry-perot interferometer based on it-28-30 - Google Patents
Scanning fabry-perot interferometer based on it-28-30 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811356C1 RU2811356C1 RU2023127158A RU2023127158A RU2811356C1 RU 2811356 C1 RU2811356 C1 RU 2811356C1 RU 2023127158 A RU2023127158 A RU 2023127158A RU 2023127158 A RU2023127158 A RU 2023127158A RU 2811356 C1 RU2811356 C1 RU 2811356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interferometer
- scanning
- base
- mirrors
- fabry
- Prior art date
Links
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, в интерферометрах Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для сканирования спектра при спектральном анализе оптического излучения с высокой разрешающей способностью или модуляции света, а также в перестраиваемых по длине волны лазерах.The invention relates to optics, to optical devices based on the use of the phenomena of interference of light fluxes, for example, in Fabry-Perot interferometers used in scientific research and technology for scanning the spectrum in the spectral analysis of optical radiation with high resolution or light modulation, as well as in wavelength tunable lasers.
Известен сканирующий моноблочный интерферометр Фабри-Перо патент РФ № 2726717. Сканирующий моноблочный интерферометр Фабри-Перо, содержащий два плоскопараллельных мембранных зеркала, обращенных одно к другому и зафиксированных с помощью оптического контакта на своих краях на противоположных сторонах разделительного кольца, а также два пьезоэлектрических элемента, наклеенные, каждый, с обратной стороны соответствующего зеркала, при этом каждое из упомянутых мембранных зеркал с обратной стороны выполнено с утолщенной центральной частью, соединенной через утонченную промежуточную часть с утолщенной краевой частью, на которой и наклеен соответствующий пьезоэлектрический элемент.A scanning monoblock Fabry-Perot interferometer is known, RF patent No. 2726717. A scanning monoblock Fabry-Perot interferometer containing two plane-parallel membrane mirrors facing one another and fixed by means of an optical contact at their edges on opposite sides of the separation ring, as well as two piezoelectric elements, glued, each, on the back side of the corresponding mirror, with each of the mentioned membrane mirrors on the back side being made with a thickened central part connected through a thinned intermediate part to a thickened edge part, on which the corresponding piezoelectric element is glued.
Недостатком данного интерферометра является отсутствие возможности изменения базы интерферометра, нарушение параллельности зеркал при сканировании за счет неравномерного изменения размеров пьезоэлектрического элемента.The disadvantage of this interferometer is the inability to change the base of the interferometer, the violation of the parallelism of the mirrors during scanning due to uneven changes in the dimensions of the piezoelectric element.
В качестве прототипа выбран пьезоэлектрический сканируемый интерферометр Фабри-Перо на основе ИТ-28-30 с базой 2,5 - 6 мм [Ритус А.И. Пьезоэлектрически сканируемый интерферометр Фабри-Перо на основе ИТ-28-30 с базой 2,5-6 мм // Квантовая электроника. 1975. Т. 2. №. 9. С. 2091-2092.].A piezoelectric scanning Fabry-Perot interferometer based on IT-28-30 with a base of 2.5 - 6 mm was chosen as a prototype [Ritus A.I. Piezoelectrically scanned Fabry-Perot interferometer based on IT-28-30 with a base of 2.5-6 mm // Quantum Electronics. 1975. T. 2. No. 9. pp. 2091-2092].
В корпус серийного интерферометра ИТ-28-30 вставлен цилиндр из инвара. С внутренней стороны в основание цилиндра своей рабочей поверхностью опирается зеркало. С наружной стороны на цилиндр опирается промежуточное кольцо из стандартного набора ИТ-28-30. На кольцо опирается своей рабочей поверхностью второе зеркало интерферометра.An Invar cylinder is inserted into the housing of the serial IT-28-30 interferometer. From the inside, a mirror rests its working surface on the base of the cylinder. From the outside, an intermediate ring from the standard set IT-28-30 rests on the cylinder. The second mirror of the interferometer rests on the ring with its working surface.
На первое зеркало с нерабочей стороны опирается кольцевая пьезокерамика, зафиксированная на оправе из инвара.On the first mirror, on the non-working side, rests a ring piezoceramic fixed on an Invar frame.
Второе зеркало с нерабочей стороны поджато механизмом юстировки ИТ-28-30.The second mirror on the non-working side is pressed by the IT-28-30 adjustment mechanism.
Сканирование осуществляется изменением расстояния между установленными друг напротив друга зеркалами интерферометра с помощью кольцевой пьезокерамики, на которую подается электрическое напряжение заданной формы.Scanning is carried out by changing the distance between the interferometer mirrors installed opposite each other using ring piezoceramics, to which an electrical voltage of a given shape is applied.
Изменение базы интерферометра в диапазоне от 2,5 до 6 мм осуществляется при помощи смены промежуточного кольца.Changing the interferometer base in the range from 2.5 to 6 mm is carried out by changing the intermediate ring.
Сканирование осуществляется подачей напряжения на пьезокерамику с нужным временным разрешением.Scanning is carried out by applying voltage to the piezoceramics with the required time resolution.
Недостатком прототипа является температурная нестабильность, вызванная применением материалов с различными коэффициентами температурного расширения, нарушение параллельности зеркал за счет неравномерной деформации пьезокерамики под действием электрического сигнала, малая база интерферометра и сложность её изменения за счет конструктивного исполнения устройства.The disadvantage of the prototype is temperature instability caused by the use of materials with different coefficients of thermal expansion, violation of the parallelism of the mirrors due to uneven deformation of the piezoceramics under the influence of an electrical signal, the small base of the interferometer and the difficulty of changing it due to the design of the device.
Техническим результатом изобретения является создание устройства, в котором минимизирована тепловая нестабильность интерферометра, выполнено расширение базы интерферометра до 30 мм и уменьшена расстройка параллельности зеркал.The technical result of the invention is the creation of a device in which the thermal instability of the interferometer is minimized, the interferometer base is expanded to 30 mm and the mirror detuning is reduced.
Указанный технический результат достигается в сканирующем интерферометре Фабри-Перо на основе ИТ-28-30 включающем: два плоскопараллельных зеркала, где рабочие плоскости установлены одно к другому и опираются на базу из инвара стандартного набора ИТ-28-30, причём подвижное зеркало установлено в обойме упругой диафрагмы, а неподвижное в обойме предварительной подстройки; стандартный набор баз ИТ-28-30, который позволяет устанавливать необходимое расстояние между зеркалами в диапазоне от 0,2 до 30 мм; магнитопровод с катушкой, в котором создается магнитное поле при подаче напряжения, которое участвует в процессе сканирования, смещая подвижное зеркало, за счет упругой деформации диафрагмы.The specified technical result is achieved in a Fabry-Perot scanning interferometer based on IT-28-30, which includes: two plane-parallel mirrors, where the working planes are installed one next to the other and rest on an Invar base of the standard IT-28-30 set, and the movable mirror is installed in a holder elastic diaphragm, and the stationary one in the preliminary adjustment cage; standard set of bases IT-28-30, which allows you to set the required distance between mirrors in the range from 0.2 to 30 mm; a magnetic circuit with a coil in which a magnetic field is created when voltage is applied, which participates in the scanning process, displacing the movable mirror due to the elastic deformation of the diaphragm.
Также технический результат достигается за счет конструктивного исполнения сканирующего узла прибора в виде моноблока, который включает подвижное зеркало, упругую диафрагму, магнитопровод и катушку.Also, the technical result is achieved due to the design of the scanning unit of the device in the form of a monoblock, which includes a movable mirror, an elastic diaphragm, a magnetic circuit and a coil.
Температурная стабильность обеспечивается конструктивным исполнением прибора. Схема устройства приведена на фиг. 1. В предлагаемом устройстве, как и в прототипе, зеркала (1) и (4) своей рабочей поверхностью опираются на базу (9), изготовленную из инвара, имеющим минимальный коэффициент температурного расширения. При этом, в отличие от прототипа, каждое из зеркал своей рабочей поверхностью опираются на упорные кольца (12) и обеспечивают положение рабочих поверхностей зеркал в плоскостях опоры на базу упругой диафрагмы подвижного зеркала (5) и базу упругой диафрагмы неподвижного зеркала (2). Таким образом, температурная нестабильность определяется базой интерферометра. Перемещение подвижного зеркала (4) осуществляется за счёт деформации упругой диафрагмы от плоскости опоры на базу интерферометра и уменьшает расстройку параллельности зеркал.Temperature stability is ensured by the design of the device. The device diagram is shown in Fig. 1. In the proposed device, as in the prototype, mirrors (1) and (4) with their working surface rest on a base (9) made of invar, which has a minimum coefficient of thermal expansion. In this case, unlike the prototype, each of the mirrors with its working surface rests on thrust rings (12) and ensures the position of the working surfaces of the mirrors in the planes of support on the base of the elastic diaphragm of the movable mirror (5) and the base of the elastic diaphragm of the stationary mirror (2). Thus, the temperature instability is determined by the interferometer base. The movement of the movable mirror (4) is carried out due to the deformation of the elastic diaphragm from the support plane to the base of the interferometer and reduces the mismatch of parallelism of the mirrors.
Предлагаемая конструкция обеспечивает температурную стабильность базы интерферометра на уровне стандартного интерферометра ИТ-28-30, и определяется стандартными кольцами базами: т.е.The proposed design ensures the temperature stability of the interferometer base at the level of the standard IT-28-30 interferometer, and is determined by standard base rings: i.e.
где L б - текущее значение базы интерферометра; L 0 - величина стандартной базы интерферометра ИТ-28-30; L I - смещение подвижного зеркала относительно базы интерферометра; L Δ - температурная нестабильность базового кольца интерферометра ИТ-28-30.WhereL b - current value of the interferometer base;L 0 - the size of the standard base of the IT-28-30 interferometer;L I - displacement of the movable mirror relative to the interferometer base;L Δ - temperature instability of the base ring of the IT-28-30 interferometer.
(1), (4), добавочного кольца (10), кольца угловой подвижки предварительной настройки (3), магнитопровода (6) компенсируется тонкой подстройкой при помощи винта (11). (1), (4), additional ring (10), pre-tuning angular shift ring (3), magnetic circuit (6) is compensated by fine adjustment using a screw (11).
Расширение базы интерферометра достигается также за счет конструктивного исполнения сканирующей части в виде моноблока (4, 5, 6, 7). Поскольку моноблок выполнен разборным это позволяет оперативно заменять промежуточное (9) и добавочное (10) кольца кольцами из стандартного набора ИТ-28-30 (эталон интерферометра
Фабри-Перо). При имеющемся наборе баз (9) и дополнительных колец (10) стандартного набора ИТ-28-30, устанавливается необходимое разрешение интерферометра (расстояние между зеркалами) и спектр пропускания прибора.Expansion of the interferometer base is also achieved due to the design of the scanning part in the form of a monoblock (4, 5, 6, 7). Since the monoblock is made dismountable, this allows you to quickly replace the intermediate (9) and additional (10) rings with rings from the standard set IT-28-30 (interferometer standard
Fabry-Perot). With the existing set of bases (9) and additional rings (10) of the standard IT-28-30 set, the required resolution of the interferometer (distance between the mirrors) and the transmission spectrum of the device are established.
Спектр пропускания интерферометра определяется формулой:The transmission spectrum of the interferometer is determined by the formula:
где L 0 - величина стандартной базы интерферометра ИТ-28-30, L I - смещение подвижного зеркала относительно базы интерферометра.where L 0 is the value of the standard base of the IT-28-30 interferometer, L I is the displacement of the moving mirror relative to the base of the interferometer.
Изобретение поясняется с помощью фиг. 1.The invention is illustrated with the help of FIGS. 1.
На фиг. 1. представлен сканирующий интерферометр Фабри-Перо на основе ИТ-28-30, где 1-неподвижное зеркало, 2-обойма упругой диафрагмы неподвижного зеркала, 3-кольцо угловой подвижки предварительной настройки, 4-подвижное зеркало, 5-обойма упругой диафрагмы подвижного зеркала, 6-магнитопровод, 7-катушка, 8-корпус ИТ-28-30, 9-база из набора ИТ-28-30, 10-дополнительное кольцо из набора ИТ-28-30, 11-юстировочный винт тонкой настройки, 12-упорное кольцо.In fig. 1. a scanning Fabry-Perot interferometer based on IT-28-30 is presented, where 1 is a fixed mirror, 2 is a ring of elastic diaphragm of a fixed mirror, 3 is a ring of angular pre-tuning movement, 4 is a movable mirror, 5 is a ring of elastic diaphragm of a movable mirror , 6-magnetic core, 7-coil, 8-case IT-28-30, 9-base from the IT-28-30 set, 10-additional ring from the IT-28-30 set, 11-fine adjustment screw, 12- thrust ring.
Сканирующий интерферометр Фабри-Перо на основе ИТ-28-30 работает следующим образом:The Fabry-Perot scanning interferometer based on IT-28-30 operates as follows:
Излучение может подаваться в устройство как стороны нерабочей поверхности подвижного зеркала (4), так и неподвижного зеркала (1). В соответствии с принципом работы интерферометра излучение между зеркалами (1) и (4) многократно отражается, давая после выхода из устройства интерференционную картину при условии соблюдения разности фаз между отраженными пучками. Сканирование происходит за счет перемещения зеркала (4), которое происходит следующим образом. Как показано на фиг. 1 зеркало (4) закреплено в обойме упругой диафрагмы (5). При подаче постоянного напряжения на обмотку катушки (7) в магнитопроводе возникает магнитный поток, под действием которого втягивается упругая диафрагма с зеркалом (4). Изменение расстояния между зеркалами 1 и 4 за счет упругой деформации диафрагмы стакана подвижного зеркала приводит к возникновению разности хода между двумя пучками, отраженными от поверхности зеркал 1 и 4. При подборе определённой амплитуды питающего напряжения возникает интерференционная картина.Radiation can be supplied to the device from both the side of the non-working surface of the movable mirror (4) and the fixed mirror (1). In accordance with the principle of operation of the interferometer, radiation between mirrors (1) and (4) is reflected many times, giving an interference pattern after exiting the device, provided that the phase difference between the reflected beams is maintained. Scanning occurs due to the movement of the mirror (4), which occurs as follows. As shown in FIG. 1 mirror (4) is fixed in the holder of an elastic diaphragm (5). When a constant voltage is applied to the winding of the coil (7), a magnetic flux arises in the magnetic circuit, under the influence of which the elastic diaphragm with the mirror (4) is retracted. A change in the distance between mirrors 1 and 4 due to the elastic deformation of the diaphragm of the moving mirror cup leads to the occurrence of a path difference between two beams reflected from the surface of mirrors 1 and 4. When a certain amplitude of the supply voltage is selected, an interference pattern appears.
К устройству может подключатся источник напряжения специальной формы. При подаче амплитудно-модулированного сигнала на обмотку катушки колебательное перемещение подвижного зеркала (4) позволит производить сканирование в спектральном интервале равном диапазону перемещения подвижного зеркала (4).A specially shaped voltage source can be connected to the device. When an amplitude-modulated signal is applied to the coil winding, the oscillatory movement of the movable mirror (4) will allow scanning in a spectral range equal to the range of movement of the movable mirror (4).
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811356C1 true RU2811356C1 (en) | 2024-01-11 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4225236A (en) * | 1977-11-11 | 1980-09-30 | Rca Corporation | Fabry-perot interferometer |
| US5162872A (en) * | 1991-07-02 | 1992-11-10 | The United States Of America As Represented The Secretary Of The Air Force | Tilt/shear immune tunable fabry-perot interferometer |
| US6989906B2 (en) * | 2002-06-19 | 2006-01-24 | Sandercock John R | Stable Fabry-Perot interferometer |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4225236A (en) * | 1977-11-11 | 1980-09-30 | Rca Corporation | Fabry-perot interferometer |
| US5162872A (en) * | 1991-07-02 | 1992-11-10 | The United States Of America As Represented The Secretary Of The Air Force | Tilt/shear immune tunable fabry-perot interferometer |
| US6989906B2 (en) * | 2002-06-19 | 2006-01-24 | Sandercock John R | Stable Fabry-Perot interferometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9246312B2 (en) | Dynamical Fabry-Perot tuneable filter device | |
| JP3726676B2 (en) | External cavity mode-locked semiconductor laser device | |
| US6608685B2 (en) | Tunable Fabry-Perot interferometer, and associated methods | |
| JP2004088120A (en) | Method for stably controlling short pulse laser | |
| JP2002207180A (en) | Fabry-perot resonator by micro-electromechanical technique | |
| JP6824605B2 (en) | Amplifying element, light source device and imaging device | |
| US9083145B2 (en) | Method and apparatus for locking and scanning the output frequency from a laser cavity | |
| RU2811356C1 (en) | Scanning fabry-perot interferometer based on it-28-30 | |
| KR100892017B1 (en) | Injection-locked pulsed laser, interferometer, exposure apparatus, and device manufacturing method | |
| US20230155343A1 (en) | Laser apparatus, wavelength control method, and electronic device manufacturing method | |
| US9577402B2 (en) | Variable-wavelength light source | |
| US5388115A (en) | Absolute measuring apparatus using laser and scanning mirrors | |
| JP3398464B2 (en) | Laser microscope | |
| JPH0460538B2 (en) | ||
| EP3690555A1 (en) | System and method for limiting the effective coherence length of a solid-state laser in holographic recording | |
| CA2873542A1 (en) | Method and apparatus for locking and scanning the output frequency from a laser cavity | |
| RU152284U1 (en) | THERMOSTABILIZED SCAN CONFOCAL INTERFEROMETER | |
| JPH07183203A (en) | Semiconductor exposure device | |
| JP7288666B2 (en) | Cavity length adjustment device | |
| JP2016177057A (en) | Light source device, measurement device, and encoder | |
| JP4054388B2 (en) | Optical displacement sensor | |
| RU2279166C1 (en) | Double-mode tunable carbon dioxide laser | |
| JP2017011163A (en) | Laser light source device and interferometer | |
| JP2000164963A (en) | Laser device | |
| Грязнов et al. | PASSIVE STABILISATION OF MICHELSON INTERFEROMETER |