SU1643971A1 - Юстировочное устройство - Google Patents

Description

1

(21)4336665/10 (22)06 1087 (46)2304.91. Бюл. г 15

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт радиовещательного приема и акустики им. А.С.Попова

(72)В.С.Гуревич и Л М Шпигель

(53)535.8 (088 8)

(56)Патент США

№ 4212540, кл G 01 В 9/0,1980

(54)КОТИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

(57)Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах испытани  оптических систем, при юстировке прецизионных лазерных измерительных устройств и оптической записи и воспроизведени  информации. Устройство содержит основание 1, нэ котором соосно установлены лэзер 4, коллиматор 5 и фотоприемник 8, св занный с измерительным устройством Дл  уменьшени  зависимости методики юс ировки от распределени  интенсивности в сечении лазерного пучка и уменьшени  продольных габаритов устройства после коллиматора 5 установлена плоскопараллельна  полупрозрачна  пластина 6. кинематически св занна  с вибратором 7, причем начальный угол наклона пластины к оси лазерного пучка

кsin2Q

выбираетс  из услови  - -sirfQ

R

- , где Q - начальный угол наклона пластины к оси лазерного пучка, N - показатель преломлени  материала пластины; D - толщина пластины; R - радиус сечени  лазерного пучка после коллиматора, а измерительное устройство выполнено в виде осциллографа 3 ил

ё

Изобретение относитс  к приборам дл  испытани  оптических р может быть использовано при настройке прецизионных лазерных измерительных устройств, а также оптических систем записи и воспроизведени  информации,

Целью изобретени   вл етс  уменьшение зависимости методики юстировки от распределени  ин генсивности в сечении лазерного лучка и уменьшение продольных габаритов устройства

На фиг, 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - вид световых п тен на фотодетекторе; на фиг. 3 - вид дискриминационной характеристики датчика параллельности.

Схема содержит основание 1 с двум  кронштейнами 2 и 3. На кронштейне 2 установлен настраиваемый прибор, формирующий лазерный пучок, включающий в себ  лазер 4 и коллиматор 5. Между кронштейнами установлена плоскопараллельна  пластина 6 с полупрозрачными поверхност ми, кинематически св занна  с пьезокерамиче- ским вибратором 7, на кронштейне 3 соосно с настраиваемым прибором установлен фотоприемник 8, выход которого соединен с входом осциллографа 9.

Устройство работает следующим образом .

Излучение лазера 4, преобразованное коллиматором 5 в световой пучок, падает на

О 4 OJ Ю vj

плоскопараллельную пластину, расположенную под углом а к оси лазерного пучка, и делитс  на р д пучков, ai, 82, азсдвинутых один относительного другого. Указанные световые пучки падают на фотодиод 8, где интерферируют между собой. Малые угловые колебани  плоскопараллельной пластины вызывают колебани  фазы интерферирующих пучков и соответствующие колебани  мощности на фотодиоде.

При настройке, смеща  коллиматор 5 вдоль оси, добиваютс  максимальной амплитуды синусоидального сигнала на экране осциллографа 9. Максимум амплитуды сигнала достигаетс  только тогда, когда в плоскости фотодиода интерферируют пучки с плоским волновым фронтом, при этом максимальна  точность достигаетс , когда пластина установлена под углом, определ емым по формуле

VN 2 - sin2 Q

R

D

где R - радиус поперечного лазерного пучка;

D - толщина пластины;

Q - угол наклона пластины к оси лазерного пучка;

N - показатель преломлени  пластины.

На фиг. 2 показан вид световых п тен ai, 32, .... на фотоприемнике 8. Центры световых п тен отсто т друг от друга на величину , равную радиусу светового пучка.

D sin 2 Q N 2 - sin2 Q

В результате интерференции п тен ai и 32 в области их пересечени  образуетс  интерференционна  картина, состо ща  из чередующихс  параллельных темных и светлых полос с периодом

l

AR «S

(3)

где А-длина волны излучени ;

S - рассто ние между центрами соседних световых п тен;

а,- угол расходимости светового пучка.

При колебани х пластины 6 происходит смещение интерференционных полос по фотоприемнику, при этом, если период интерференционной картины меньше ширины области перекрыти , сигнала на фотоприемнике нет.

При уменьшении угла расходимости светового пучка, падающего на пластину 6, период L-интерференционной картины уве

личиваетс , когда период интерференционной картины становитс  равным ширине области перекрыти  световых п тен, движение интерферирующих полос по фотоприемнику представл етс  миганием в области перекрыти , и на фотоприемнике по вл етс  переменный сигнал, в соответствии с формулой (3) это происходит при угле расходимости, равном

«д

ЯН В S

(4)

15

20

25

30

35

где В - ширина области перекрыти  световых п тен;

ад - угол детектировани , т.е. угол расходимости , соответствующий по влению заметного сигнала на фотоприемнике.

При дальнейшем уменьшении угла расходимости амплитуда сигнала на фотоприемнике возрастает и становитс  максимальной при угле расходимости равном нулю, т.е. когда лазерный пучок становитс  параллельным.

На фиг. 3 показан вид дискриминационной характеристики датчика параллельности предлагаемого устройства, т.е. зависимость амплитуды сигнала фотодетектора от угла расходимости лазерного пучка,

Дл  получени  максимальной точности настройки параллельности необходимо обеспечить максимальную крутизну дискриминационной характеристики, т.е. обеспечить минимальное значение угла детектировани . Согласно фиг. 2

В 2R - S.(5)

С учетом (4) получают

«д

AR

(2R-S)S

(6)

Из формулы видно, что угол детектировани  принимает минимальное значение при S R. С учетом (2) получают условие (1) максимальной крутизны дискриминационной характеристики.

При выполнении услови  (1) погрешность настройки параллельности меньше одной трети угла детектировани , т.е.

Д«

3R

(7)

Размах I и частота F вибраций пластины устанавливаютс  такими, чтобы частота сигнала на фотоп риемнике была не менее 100 Гц дл  наблюдени  на осциллографе устойчивой картины. Это.условие выполн етс , если одному полупериоду колебани  пластины соответствует не менее 10 периодов

в сигнале фотодиода. Следовательно, угловой размах вибраций пластины должен выбиратьс  из услови 

I 10U,(8)

где U - угол поворота пластины, соответствующий одному периоду в сигнале фотоприемника , т.е. смещению интерференционной картины в плоскости фотоприемника на один период.

Поскольку U A/S, и учитыва , что максимальна  чувствительность достигаетс  при S R, получают дл  минимального размаха вибраций

О

10 Я R

Частота вибраций выбираетс  с учетом того, что частота сигналов на фотоприемнике в К 2I/U раз выше частоты вибраций пластины, т.е.

р 21

Рп-ц

где Fn - частота сигнала на фотоприемнике. Тогда из услови  Fn 100 Гц получают зависимость минимально допустимой частоты вибраций пластины F от размаха I ее вибраций

F

50 Я I R

(11)

10

15

Claims (1)

1. Формула изобретени  Юстировочное устройство, содержащее основание, на котором соосно установлены лазер, коллиматор и фотоприемник, св занный с измерительным устройством, отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  зависимости методики юстировки от распределени  интенсивности в сечении лазерного пучка и уменьшени  продольных габаритов устройства, после коллиматора установлена плоскопараллельна  полупрозрачна  пластина, кинематически св занна  с вибратором, причем начальный угол наклона пластины и оси лазерного пучка выбираетс  из услови 

   20

   sin 2 Q

   N -sln cf

   R D

   25

   30

   где Q - начальный угол наклона пластины к оси лазерного пучка;

   N - показатель преломлени  материала пластины,

   D - толщина пластины;

   R - радиус сечени  лазерного пучка после коллиматора,

   а измерительное устройство выполнено в виде осциллографа.

   аз

   /

   Фиа.2