SU1441189A1 - Измеритель длин волн - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  длин волн лазерного излучени . Цель изобрете - ни  - повьшение точности - достигаетс  за счет устранени  погрешностей, . св занных с нестабильностью положени  зеркал. Работа измерител  заключаетс  в определении дробных частей пор дка интерференции дл  всех интерферометров и последующем определении разности дробных частей дп  каждой пары смежных интерферометров. Излучение после коллиматора 1 и зеркал 2 поступает на вход сканирующих интерферометров Фабри-Перо,образованных полупрозрачными зеркалами 3,5, и на их выходе регистрируетс  блоком фотоэлектрической регистрации, 1 ил.

Description

00

1

14411

Изобретение относитс  к измерителной технике и может быть использован дл  контрол  и измерени  длин волн лазерного излучени .

Цель изобретени  - повышение точности за счет исключени  погрешностей , св занных с нестабильностью положени  зеркал интерферометров путем использовани  общего неподвижного зеркала.

На чертеже представлена структурна  схема предложенного измерител , состо ща  из двух интерферометров Фабри-Перо.

Устройство содержит оптическую систему, цифроаналоговую систему сканировани  fi модул ции зеркал интерферометров , вход щих в оптическую систему, и блок фотоэлектрической обработки информации и индикации на выходе оптической системы.

В оптическую, систему входит коллиматор 1, расположенные после него поворотные зеркала 2, неподвижные зеркала 5 интерферометров и общее дл  двух интерферометров сканирующее зеркало 3, жестко св занное с пьезо- приводом 4.

Система модул ции содержит гене- ратор 6.

Цифроаналогова  система сканировани  состоит из последовательно св - .занных между собой генератора 7 тактовых импульсов,реверсивного счетчи- ка 8, преобразовател  9 код - напр жение , управл емого источника 10 питани , представл ющих собой в совокупности генератор линейно измен ющегос  напр жени , управл н ций работой пьезопривода 4. При этом один из выходов генератора 7 подключен к счетчику 8, выход счетчика подключен к преобразователю 9, выход преобразовател  9 подключен к источнику 10 питани , выход источника 10 питани  подключен к пьезоприводу 4. Генераг тор 6, подключен к пьезоприводу 4.

Блок фотоэлектрической обработки информации и индикации состоит из генератора 6, фотоприемников 11(12), расположенных на выходе интерферометров (здесь и далее позиции, помещенные в скобках, относ тс  к ветви, включающей второй интерферометр), усилителей 13(14), детекторов 15(16), формирователей 17(18), схем 19(20)

0

0

0

5

892

управлени , счетчиков 21(23) импульсов дробной и счетчиков 22(24) целой части полосы, генераторов 25(26) ко- , манд, дешифраторов 27(28), трансл торов 29(30)-и арифметического блока 31. При этом выходы фотоприемников 11(12) и генераторов 6 подключены к усилител м 13(14), выходы усилителей подключены к детекторам 15(16),- выходы детекторов подключены к формировател м 17(18), выходы формирователей подключены к схемам 19(20) управлени  , выходы схем управлени  подключены к. счетчикам 21(23) импульсов дробной и счетчиками 22(24) целой части полосы. Вторые выходы схем 19(20) управлени  подключены к генераторам 25(26) команд, выходы генераторов команд подключены к трансл торам 29(30), к другим входам которых под- ключены дешифраторы 27(28). Выхо- ды счетчиков 21(23) и 22(24) подключены к входам дешифраторов 27(28). Выходы трансл торов 29(30) подключены к входам арифметического блока 31. Второй выход генератора 7 подключен к входам счетчиков 21(23),и 22(24). Работа устройства заключаетс  в определении дробных частей пор дка интерференции дл  всех интерферометров и последующем определении разности дробных частей дл  каждой пары из двух смежных интерферометров. Полученные таким образом дробные части пор дка соответствуют совершенно определенным отрезкам - рассто йием |Между плоскост ми, в которых наход тс  неподвижные зеркала интерферометров (отрезку 1 дл  первой пары интерферометров). Рассто ние между плоскост ми дл  каждой последующей пары интерферометров определ етс  погрешностью д Л определени  дли- нь1 волны при использовании предыдущей пары интерферометров по формуле

1.Л«

24Л,-.

Пор док интерференции k+cTсв зан с длиной 1 интерферометра типа Фабри- Перо равенством

55

, (Л1),

(1)

где Л - длина волны излучени .

Из выражени  (1) следует, что изменение длины волны Л на +аД привсдит к изменению пор дка интерференции на

(2)

Чтобы изменение пор дка при этом не превьшало единицу, длина интерферометра должна удовлетвор ть условию

1 :J

2йЛ

(3)

Следовательно, если измер ема  длина волны . известна предварительно с погрешностью + Л , то дл  интерферометра с известной длиной 1, удовлетвор ющей неравенству (3), из равенства

%.k+f(,5) (4)

преде можно найти целую часть k пор дка

интерференции дл  измер емой длины волнь. : В равенстве (4) S - измарен- .на  дробна  часть пор дка интерференции в линейной мере, . Если бы Л преда было точным значением определ е- 2(l-g) мои длины волны. выражение

JbeAB было бы целым числом k (с точностью

до неопределенности значени  с и . длины 1), однако за счет погрешности , указанном соотношении по вл т етс  дробна  часть/. Отбросив (дл  выделени  целой Части k) дробную часть р в выражении (4), по вившуюс  за счет погрешности предварительного значени - n ieue из соотношени 

ililfL.,

УТО1Н

(5)

можно найти уточненное значение длины волны . Те же самые операции выполн ютс  дл  второго, третьего и т.д. интерферометров, причем предварительным значением длины волны дл  каждого интерферометра служит уточненное значение длины волны, по- . лученное дл  предыдущего интерферометра . Отношение (3) верно и при паре интерферометров с разностью длин 1, тогда

К+ 2(1 (k,-K/)-(k,+)

(k5,-k,)+().

Соотношение (1) в этом случае определ ет пор док интерференции k+ Гдл  разности длин 1 двух интерферометров, соотношение (3 - допустимую разность

;в длинах интерферометров на каждом этапе, .а соотношени  (4) и (5) служат дл  уточнени  значени  длины вол

10

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ны по разност м наблюдаемых (измег ренных) дробных частей пор дков интерференции 6 Sf дл  двух интер- 1ферометров с известной разностью длин ,-,.

Устройство работает следующим образом .

Контролируемое излучение после коллиматора 1 и зеркал 2 поступает .на вход двух сканирующих интерферо- |метров Фабри-Перо, образованных полупрозрачными зеркалами 3,5, и на их выходе регистрируетс  блоком фотоэлектрической регистрации. Модул ци  м сканирование разности хода в интер- ферометрах осуществл етс  путем подачи модулирующего синусоидального |напр жени  от генератора 6 и линейно измен ющегос  напр жени  от генератора 7 на пьезопривод 4. Дл  формировани  линейно измен ющегос  напр жени  тактовые импульсы подаютс  на :реверсивный счетчик 8 и преобразова- тель 9 код-напр жение, где происходит формирование кода напр жени . На выходе счетчика код-напр жени  считьша- етс  преобразователем, который формирует ступенчатое пилообразное напр жение треугольной формы таким образом , -что оп ределенному приращению напр жени  на его выходе соответствует один импульс от генератора 7. Количество ступенек по обоим фронтам пилы одинаково и равно количеству импульсов, поступающих на вход счетчика 8 за один полупериод сканировани  разности хода. Мерой сдвига зеркала , соответствующего интервалу между двум  максимумами в интерференционной картине,  вл етс  количество импульсов, уложившихс  между этими максимумами. Дл  этого тактовые импульсы от .генератора 7 пересчитываютс  счетчиками 21-24. Заполнение счетчиков 21 и 23 происходит в промежутке времени от начала сканировани  до по влени  первых максимумов в каждом из интерферометров соответ- ственно; их показани  соответствуют :дробным част м пор дка интерференции дл  каждого из интерферометров. В промежутке времени между первым и вторым максимумами интерферометров происходит заполнение счетчиков 22 и 24, а их показани  соответствуют числу импульсов, укладывающихс  в од- Ном пор дке интерференции. Аналогич- но работают другие ветви устройства. ,

514

Распределение импульсов между счетчиками осуществл етс  схемами управлени  при.условии, что на входе

действует оптическое излучение. Мо

мент прохождени  через максимум полосы пропускани  аппаратной функции интерферометров определ етс  путем дифференцировани  сигнала по первой производной на частоте модул ции сиг- нала. Дл  этого с выходов синхронных детекторов 15, 16 сигналы первой производной аппаратной функции поступают на формирователи 17, 18, которые в момент перехода через нуль формируют короткие импульсы, запускающие схемы 19, 20 управлени , которые управл ют работой счетчиков 21, 22 и 23, 24 соответственно. Содержимое счетчиков через дешифраторы 27, 28 посредством трансл торов 29, 30 переписьюаетс  в пам ть арифметического блока 31. Последовательность перезаписи определ етс  генераторами 25, 26 команд, которые запускаютс  от схем 19, 20 уп- равлени .

Дл  нахождени  значени  длины волны решаютс  уравнени :

,,Ч(П;

 /

2(lf-S,l л .

1 /

k,

2(1г+.) л,

/

+0, + cC(c 1);

2(l2-Sj

де 1

« 2

рассто ние между плоскост ми , в которых наход тс  отражающие поверхности неподвижных зеркал интерферометров;

соответствующие им дробные пор дка интерферен

s 0 5

0

5

ар

0

89-6

ции, представл юище собой разности дробных частей, полученных дл  смежных интерферометров; количество импульсов между двум  соседними максиму-- мами.

Решение указанных уравнений измерени  осуществл етс  по программе, составленной дл  блока 3, и происходит автоматически по командам от генераторов 25, 26. На индикаторном табло блока 31 в цифровом виде вьща- етс  значение искомой длины волны. Структурна  схема других ветвей устройства аналогична схеме первой

ветви.

Claims (1)

1. t Формула изобретени 

   Измеритель длин волн, содержащий п сканирующих интерферометров Фабри- Перо, п. цифроаналоговых систем скани- .ровани  и модул ции зеркала и п блоков фотоэлектрической индикации5 каждый из которых св зан с выходом соответствующего интерферометра, отличающийс  тем, что, с целью по- вьшени  точности измерени , подвижное зеркало и узел сканировани  вьшолнены общими дл  всех интерферометров, неподвижные зеркала кинематически св заны между собой, а отражающие поверхности расположены в плоскост х, разнесенных на рассто ни 

   2дЛ,/

   где / - нижн   граница рабочей области спектра измерител  длин волн;

   - погрешность определени  длины волны при использовании i-ro интерферометра.