SU1527612A1

SU1527612A1 - Устройство дл оптической регистрации величины смещени дифракционной решетки

Info

Publication number: SU1527612A1
Application number: SU884394316A
Authority: SU
Inventors: Виктор Николаевич Ильин
Original assignee: Институт электроники АН БССР
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1988-03-21
Publication date: 1989-12-07

Abstract

Изобретение относитс к оптике и измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразователей на дифракционных решетках, использующих муаровые и интерференционные полосы дл отсчета перемещений. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени перемещений дифракционной решетки за счет обеспечени дополнительного изменени разности фаз интерферируемых пучков при ее движении. Устройство дл оптической регистрации величины смещени дифракционной решетки состоит из оптически св занных лазера 1, телескопической системы 2, дифракционной решетки 3 первого 4, второго 5 и третьего 6 зеркал, отражател 7, выполненного с возможностью перемещени в направлении, совпадающем с направлением движени решетки, жестко св занного с ней и установленного на ее конце, фотоэлемента и счетчика интерференционно-муаровых полос. Зеркала 4 и 5 установлены под углами α₁ и α₂ к плоскости решетки, которые определ ютс из соотношений: α₁ = N/4+1/2 ARCSIN Kλ/D и Α₂=N/4 - 1/2 ARCSIN Kλ/D, где K - пор док интерференции

λ - длина волны

D - посто нна решетки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс к оптике и измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразователей на дифракционных решетках, использующих муаровые полосы дл отсчета перемещений.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени перемещени дифракционной решетки за счет обеспечени дополт1тельного изменени разности фаз при ее движении.

На чертеже представлена принципиальна схема устройства.

Устройство содержит последовательно установленные и оптически св занные лазер J, телескопическую черытех- кратную систему 2, дифракционную синусоидальную решетку 3, первое зеркало 4, установленное в ходе пуска -1-го пор дка дифракции под углом ot, /4 к плоскости решетки, и второе зеркало 5, установленное под углом с 2 |Г/4 /2 к плоскости решетки. Третье зеркало 6 установлено , в плоскости, параллельной плоскости решетки 3, и оптически св зано с ней. Отражатель 7 (призма Л-Р - 180) оптически св зан с первым и вторым зеркалами, выполнен подвижным в направлении, совпадающем с направлением движени дифракционной решетки 3, и жестко св зан с одним из ее кондов. Фотоэлемент 8 (фотодиод ФД-256) установлен по ту же сторону решетки, что и телескопическа система 2 и оптически св зан с решеткой , а по электрическому выходу - со счетчиком 9,

Дифракционна синусоидальна с шагом 2 мкм решетка 3 разлагает монохроматический свет на три плоские волны с нулевыми, +1-м и -1-м пор дками дифракции.

Устройство работает следующим образом .

Пучок-монохроматического излучени от лазера 1 преобразуетс в нерасход щийс большего диаметра посредством телескопической системы 2 и освещает дифракционную решетку 3. Этот пучок лучей дифрагирует на решетке с образованием трех пучков - -1-го, 0-го и -t-I-ro пор дка дифракции . Пучок -1-го пор дка направл етс на первое зеркало 4, которое устанавливают под углом 0, + исход из значений углов дифракции выдел емых пор дков. При этом угол

дифракции определ етс из соотношени

frr,

arcsin

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где m - пор док дифракции; - длина волны; d - посто нна решетки.

Пучок +1-ГО пор дка дифракции направл етс на третье зеркало 6, которое мен ет его направление, возвращает на дифракционную решетку 3 и освещает соседний участок под углом дифракции Ср.

Пучок -1-го пор дка дифракции, отразившись от первого зеркала 4, направл етс на отражатель 7, жестко св занный с дифракционной решеткой 3, и далее посредством второго еркала 5, установленного под углом oi - „/2 к плоскости решетки 3, попадает на соседний участок дифракционной решетки 3 также под углом дифракции tf , где взаимодействует с первым пучком с образованием интерференционно-муаровых полос. При движении дифракционной решетки 3 и отражател 7, жестко св занного с ней, происходит двойное приращение фазы интерферирующих пучков. Более быстро измен етс фаза пучков за счет движений отражател и по влени дополнительной разности пучков -1-го и +1-ГО пор дков дифракции, и происходит это с периодичностью Л/2. Фаза пучков измен етс также и за счет движени дифракционной решетки, но более медленно и с периодичностью GD/2m, где О - шаг дифракционной решетки , га - пор док дифракции. Таким образом, приращение фазы интерференционного сигнала пропорционально перемещени м S.(t) уголкового отражател и S(t) дифракционной решетки

йЦ) 4 ;r/9i s,(t) + S(t) .

Очевидно, что чем меньше шаг дифракционной решетки, тем весомее добавка в приращение фазы оптического сигнала, тем выше точность измерени перемещени дифракционной решетки.

Движущиес интерференционно-муаровые полосы считываютс фотоэлементом 8 и накапливаютс в счетчике 9, Величина перемещени дифракционной решетки определ етс по числу II зарегистрированных счетчиком 9 полос, умноженному на цену полосы 5j, получаемую из соотношени

, ,/(1 +e,/S,),

rAe,W/2m - цена муаровой полосы; СО - шаг решетки;

га - пор док дифракции; А/2 - цена интерференционной полосы; /А - длина волны света.

Точность отсчета б,/6з раз.

повышаетс

формула изобретени

1. Устройство дл оптической регистрации величины линейного смещени дифракционной решетки, содержащее размещенные перед ней лазер, телескопическую систему и за ней зеркало, а фотоэлемент, подключенный к счетчику, установлен в ходе отраженного от зеркала луча, отличающеес тем, что, с целью повышени точности

;

1527612

измерени , дополнительно введены второе и третье зеркала.и уголковый отражатель , жестко св занный с решеткой, оптически св занный с первым и вто- f рым зеркалами, установленными соот

ветственно под углами «6, и о к плоскости решетки, а третье зеркало установлено параллельно решетке, при этом углы oi, и ti определ ютс из соотношений

об, - 7/4

+ l/2arcein а

т

I- - -«

и «, -ir/ - l/2arcein . а

где m - пор док дифракций;

Л - длина волны;

d - посто нна решетки. 2. Устройство по п. 1, отличающеес тем, что, с целью увеличенн диапазона измерений, уголковый отражатель размецен на конце решеткн.

Claims

Формула изобретения

1. Устройство для оптической регистрации величины линейного смещения дифракционной решетки, содержащее размещенные перед ней лазер, телескопическую систему и за ней зеркало, а фотоэлемент, подключенный к счетчику, установлен в ходе отраженного от зеркала луча, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены второе и третье зеркала.и уголковый отражатель, жестко связанный с решеткой, оптически связанный с первым и вто- ! рым зеркалами, установленными соответственно под углами и к плоскости решетки, а третье зеркало установлено параллельно решетке, при этом углы и «ί_Λ определяются из соотношений oi_t = ^/4 + J/2arcein“^d и ^{= /}н/4 - 1/2агс81п-~ где ш - порядок дифракций;

Ά - длина волны;

d - постоянная решетки.
2. Устройство по п. ^отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерений, уголковый отражатель размещен на конце решетки.