SU1030645A1 - Измеритель амплитуды и фазы световой волны - Google Patents

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ, содержащий фотозатвор, приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона и надежности измерений амплитуды и фазы световой волны, приемна  оптическа  система содержит объектный и опорный каналы и светоделитель , а анализатор сигналов включает блоки запаздывани , делени  и извлечени  квадратного корн , логарифмический преобразователь Гильберта, синусоидальный преобразователь, блок умножени , преобразователь Гильберта , преобразователь координат, сумматор , источник единичного сигнала, контрольный юумматор, инвертор, блок синхронизации и два квадратора, причем фотозатвор установлен в объектном канапе приемной оптической системы, оба канала которой совмещены на светоцепктеле , после которого установлен сканирующий фотоприемник, к которому подключены последовательно блоки запаздывани , делени , извлечени  квадратного корн , погарифмический преобразователь Гильберта, синусоидальный преобразователь, блок умножени , преобразователь Гильберта, сумматор, один из квадраторов и контрольный сумс 9 , а преобразователь координат одним вкоцом подключен к выходу бло (Л ка умножени , другим входом - к выходу-преобразовател  Гильберта, два других входа контрольного сумматора соецинены соответственно с выходом бло1ш целени  через инвертор и с выходом бпока умножени  через другой квадратор, при этом источник единич00 ного сигнала соединен с вторым вхоо дом сумматора, второй выход скани05 рующего фотоприемника соединен с вхо1 дом блока делени , блок извлечени  сл квадратного корн  - с входом блока умножени , а блок синхронизации соединен с фотозатвором, сканирующим фотоприемником и блоком запаздывани .

Description

Изобрете1ше относитс  к оптической змерительной технике, а именно к инерферометрии , и может быть исполъзО ано в оптическом приборостроении и ри исспеиовашш оптических неоцнороц костей в прозрачных средах.

Известно устройство цл  измерени  амплитуды и фазы световой вотшы, со (Держащее фотозатвор, приемную опт1гчеокую систему, фотоприемник и анаггизат-ор сигналов 1 «

Недостатками устройства  вп к1тс  сложность алгоритмов восстановпени  фазы и, как следствие, узкий рабочий циапазон, а также необходимость испоп.ъ аовани  специализированных ЭВМ на всех стаци х получени  и обработзш 1штерфер огр

Наиболее близким техническим ре- lueimeM к изобретению  вл етс  измери- тепъ амплитуды и фазы световой воп ны, содержащий фотозатвор, приемнуюоптическую систему, сканирующий фо- оприекгаик и анализатор сигналов Г 2 ;

Heцocтaткa Ш известного устройст ва  вл ютс  малый диапазон фазы {не более оцной полосы ), при котором работает устройство, и работоспособость только в услови х регул рной природы интерференционной картин1 1 (по лоса или кольцо). При наливши иск:аже. 1-0Ш сложной формы на контролируемом объекте устройств работать не может. днако, налример, оптические детали в процессе их изготовлени  ш-леют дефекты сложной формы и ошибки, большие по диапазону {от 0.1 цо 1О ннтерь ференднонных полос), поэтому дл  та ких значений неоднороцностей фазы такое устройство непригодно,

Кроме того, остаетс  неопределен- ость значени  фазы в центре пол  иньтерференционной картины, так как значени  полученной фазы измер ютс  относительно центрального значени  фазы определ емого центральным (JJOTO-затворами .

Цель изобретени  - расширение диапазона и надежности измерений амплитуды и фазы световой волны,,

Цель достигаетс  тем, что в измерИ тепе амплитуды и фазы световой волны, соцержащем фотозатвор, приемную опти-™ ческую систему, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов приемна  оптическа  система содержит объектный и опорный каналы и светоделитель , а еи ализатор сигналов включает блоки запаздывани , целени  и извлечени 

кварратного корн , погарифм1гчос1Шй преобразователь Гильберта, синусоидальный преобразователь, блок умножени , преобразователь Гильберта, преобразователь координат, сумматор, источник единичного сигнала, контрольный сумматор , инвертор, блок синхронизации и два квацратора, причем фотозатвор установлен в объектном канале прием-

ной опт1гческой системы, оба канала которой совмещены на еветоцелителе, после которого установлен сканирующий фотоприемник, к которому подключены последовательно блохи запаздывани ,

делени , извлечени  квадратного корн , логарифмический преобразователь Гильберта , синусоидальный преобразователь, блок умножени , преобразователь Гильберта , сумматор, один из квадраторов и

контрольный сумматор, а преобразова- тель координат одним подключен к выходу блока умножени , другим входом - к выходу преобразовател  Гильберта, два других, входа контрольного сухтматора соецине -Ш1 соответственно с выходом блока целени  через инвертор и с выходом блока умножени  через другой, квадратор, при этом источник единичного сигнала соединен с вторым входом сумматора, второй выхоц сканирующего фотоприемншсасоединен с входом блока делени , блок извлечени  квацрат« ного корн  - с входом блока умножени , а блок синхрошгзации соединен с

фотозатвором, сканирующим фотоприем- НИКОМ и блоком запаздывани .

На чертеже представлена схема уст ройства Пунктиром выделена-цепь авто контрол .

Измеритель содержит приемную опти

чесзсую систему с каналами 1 и 2. Опти ческий канал 1 совмещен с каналом 2 через фотозатвор 3 и поворотное зерка ло 4 на светоделителе 5, На оптичео

кой оси канала 1 расположен сканирующий фотоприемник 6, выхоц которого подключен к блоку 7 запаздывани . Далее последовательно подключены; блок 8 целени , блок 9 извлечени  квадратного корн , блок 10 логарифмического преобразователи Гильберта , блок 11 синусоидального функционального пр&образовател , блок 12 умножени , образоватепь 13 Гильберта и чеоеа первый вход - преобразователь 14 ц&картовых координат в пол рные.

К входу преобразовател  14 под:ключен выход блока 12 умножени . Другой выхоц сканирующего фотоприем- 3 ника 6 поцкпючен к входу бпока8 aeneifflH . Кроме того, выхоц преобразоватеп  Гильберта соединен с входом сумматора 15, другой вхоц которого соединен с источником 16 единичного сигнапа. Выход сумматора 15 через квадратор соединен с одним из входов контрошьного сумматора 18. Два других входа контрольного сумматора 18 соответ ственно соединены с выходом бпока 8 делени  через инвертор 19 и с выходом бпока 12 умножени  через квадра тор 20. Сканирующий фотоприемкик 6 и блок 7 запаздывани  соединены с блоком 21 синхронизации который сое динен с фотозатвором 3. Совокупность блоков 7-21 представл ет собой анали затор сигналов. Измеритель амплитуды и фазы св&товой волны работает следующим образом . По оптическому каналу 2 поступает объектна  волна, котора  прерываетс  фотозатвором 3, например в виде обтю ратора и после отражени  от поворотно зеркала 4 поступает на светоделитель По оптическому каналу 1 поступает опорна  вопна, котора  совмещаетс  на светоделителе 5 с объектной волной канала 2, образу  интерференционную картину. Интерференционна  картина сканируетс  блоком 6, представл ющим собой сканирующий фотоприемник, например диссектор с синхронизуемыми развертками. Сигнал с блока 6 поступает в блок 7 запаздывани , где задер живаетс  на врем , задаваемое блоком синхронизации Блок 7 запаздывани  может быть выполнен стандартными радиотехническими средствами, наприм в виде линии задержки, либр в виде набора синхронизуемых элементов пам  ти. Работа блока 6 сканировани  и блока 7 запаздывани  синхронизуетс  блоком 21 таким образом, чтобы сигнал из блока 6, соответствующий интенсивности интерференционной карти ны на светоделителе 5, и полученный в момент, когда канал 2 не перекрываетс  фотозатвором (обтюратором) 3, задерживалс  блоком 7 запаздывани  на врем , необходимое дл  сканировани интенсивности опорной волны из канала 1. Причем, во врем  сканировани  опорной волны канал 2 перекрываетс  фотозатвором 3. Такую синхронизацию можно обеспечить стандартными рен454 алотехннчес1щми способами, например, использу  тактовые импульсы от фото затвора 3, поступающие на делитель импульсов блока 21 синхронизации. Такой делитель формирует из последовательности тактовых импульсов от фото затвора 3 управл ющие сигналы дл  запуска и остановю блока 6 скашфова™ ни  и блока 7 запаздывани . При этом введение в измер1ггель фотозатвора 3 и блока 21 синхронизации позвол ет обходитьс  только одним блоком 6 сканировани . Таким образом, сигналы с второго выхода блока 6 сканировани  и с выхода блока 7 запаздывани  совмещаютс  во времени и одновременно поступают в блок 8 делени , с помощью которого определ етс  отношение этих сигналов. Далее сигнал с выхода блока 8 целени  поступает в блок 9 извлечени  квадратного корн , а затем - в логарифмический преобразователь 10 Гипьбернта . Логарифмический преобразователь 1О Гильберта работает следующим образом. Вначале определ етс  натуральный логарифм входного сигнала. Это может быть реализовано при помощисерийного логарифмического усилител . Затем сигнал фильтруетс  линейным фильтром. Рассчитанный фильтр может быть реализован стандартными радиотехническими методами. Логарифмическое преобразование Гильберта  вл етс  одной из существенных операций, реализующих св зь интенсивностью и фазой свето вой волны, Дп  упрощени  обработки сигнала целесообразно наличие оцного блока, совмещающего логарифмирование и преобразование Гильберта, С выхода логарифмического преобразовател  10 Гильберта сигнал поступает в синусоидальный преобразователь 11, с которого постртает влблок 12 лшожени , на другой вхоц которого поступает сигнал из блока 9 извлечени  квадратного корн . После перемножени  сигналов с блоков 9 и 11 результирующий сигнал подаетс  на вход преобразовател  13 Гильберта и на один из входов преобразовател  14 декартовых коорш нат в пол рные, на другой вход которого поступает сигнал с выхода блока 12. При этом, преобразователь 14 координат преобразует входные декартовые координаты, а именно, сигналы с блоков 12 и 13 в выходные - пол рные координаты т.е. амплитуду и фазу объектной вопны. Отметим, что сигнапы с блоков 12 и 13 можно прецставить в вице: (t) cos (Ь) и (t)Sih4(7. А тфеобраэоватепь 14 выполн ет операции над этими сигналами в соответствии

с алгоритмами, описываемыми выражени ми:

A|t)Vu2{t)w2(i) и Чa F гпel«

фаза объектной вопны, Д(-Ь) - амплитуца объектной волны, F - оператор вычисп нй  арктангенса по модулю 2 3 .

Дл  проверки правильности фЬрмирс вани  объектной и опорной волнь и обнаружени  неправильного функционировани  отдельных блоков и обесЪечени  тфм самым надежности получаемого результата, измеритепь амплитуды и фазы световой волны содержит цепь автоконтроп , котора  работает следуюишм образом. Сигнал с выхода преобра- зоватвп  13 Гильберта складываетс  в блоке 15 с единичным сигналом из блока 16. С выхода блока 15 через квадратор 17 сигнал поступает на вход контрольного сумматора 18. На другие вйоды контрольного сумматора 18 поо гупают сигналы с блока 12 через квадратсф 20, из блока 8 через инвертор 19 В случае правильности функционировани  .всек блоков устройства сигнал на выходе контрольного сумматора 18 должен быть равен нулю. При неправильном 4ф1к1юонировании устройства на выходе блока 18 по вл етс  ненулевой сигнал.

Надежность получаемого результата гарантируетс  наличием нулевого сигнала в процессе измерени  на выходе блока 18.

Изо етение позвол ет визуализировать профиль фазы и .амплитуды объекта на экране осциллографа или другого диспле . Этот профиль, например оптической детали, в соответствующей схеме интерферометрического контрол  н&сет сведени  о дефектах поверхности измер емой детали или о неоонородности показател  преломлени  (фаза) и показател  поглощени  (амплитуда) в исследуемом объекте. Одновременное получение значени  амплитуды и фазы позвол ет применить предлагаемый измеритель при контроле объектов, юлекщих , например, просветл ющее или от ражающее покрыите, и при этом количественно оценить качество этого покрыти  и независимо оценить количественно отступлени  формы поверхности или неоднородности коэффициента преломлени .

Дл  повышени  надежности получа&мого сигнала в предлагаемом измерителе применена цепь блоков автоконтрол , котора , использу  описанные св зи интенсивности и фазы световой волны, на выходе блока 18 контрольного сумматора при правильном функционировании блоков устройства выдает нулевой сигнал .

Claims (1)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ, содержащий фотозатвор, приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и надежности измерений амплитуды и фазы световой воины, приемная оптическая система содержит объектный и опорный каналы и светоделитель, а анализатор сигналов включает блоки запаздывания, деления и извлечения квадратного корня, логарифмический преобразователь Гильберта, синусоидальный преобразователь, блок умножения, преобразователь Гильбер- та, преобразователь координат, сумматор, источник единичного сигнала, контрольный (сумматор, инвертор, блок синхронизации и два квадратора, причем фотозатвор установлен в объектном канапе приемной оптической системы, оба канала которой совмещены на светоделителе, после которого установлен сканирующий фотоприемник, к которому подключены последовательно блоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня, логарифмический преобразователь Гильберта, синусоидальный преобразователь, блок умножения, преобразователь Гильберта, сумматор, один из квадраторов и контрольный сумматор, а преобразователь координат одним входом подключен к выходу блока умножения, другим входом - к выходу-преобразователя Гильберта, два других входа контрольного сумматора соединены соответственно с выходом блока целения через инвертор и с выходом блока умножения через другой квадратор, при этом источник единичного сигнала соединен с вторым входом сумматора, второй выход сканирующего фотоприемника соединен с входом блока целения, блок извлечения квадратного корня - с входом блока умножения, а блок синхронизации соединен с фотозатвором, сканирующим фотоприемником и блоком запаздывания.

   SU ,,.,1030645