SU572646A1 - Способ измерени фазового сдвига световых волн - Google Patents

Description

pCMCinciniii ооъекта излучении опорного п измерительного кана.юг по каждой координате направл ют па периодическую структуру светомодул тора, который задают взаимно перпендикул рные перемещени .

На фиг. 1 изображена однокапальна  схема измерени  фазового сдвига световых волн; на фиг. 2 - двухканальна  схема измерени  фазового сдвига световых волн; на фиг. 3 - одноканальна  схема измерени  с двумерной периодической структурой, где V - частота излучений опорного и измерительного каналов; /i и fz - частоты возбуждени  структуры во взаимно перпендикул рных направлени х.

Способ осуществл етс  следующим образом . Л1онохроматические когерентные излучени  1 и 2 опорного и измерительного каналов интерферометра направл ют на светомодул тор , в котором возбуждают одну движущуюс  с посто нной скоростью периодическую структуру 3. Световые волны излучений 1 и 2 определ ютс  известными формулами . Периодическа  структура 3 может быть амплитудной или фазовой.

Рассмотрим предложенный способ на примере амплитудной периодической структуры (рещетки) 3 с произвольным периодическим распределением пропускани . В этом случае функци  пропускани  рен1етки описываетс  р дом Фурье

+

Т (х, i) -. У Л,„COS т(, (1)  Аg

m 0

где Am - коэффициент разложени ;

g - период рещетки.

На выходе из решетки образуетс  спектр, содержап;ий набор волн, дифракционных пор дков , обозначенных на фиг. 1 номерами 0±1, 2... Каждый т-ый дифракционный ноугол т-с направлением

р док составл ет

падени  волны EI на решетку 3 и имеет комплексную амплитуду EI (т) EI Л„, ехр 1 - /{2к (v + ml)t + kb,, (2)

где / частота допплеровского сдвига, соg

ответствующа  скорости перемещени  решетки .

После прохождени  решетки светова  волна EI раздел етс  на р д когерентных световых пучков - дифракционных пор дков, оптические частоты которых смещены относительно частоты V световой волны EI на соответствующую величину допплеровского сдвига mf. При этом в каждом из пор дков с частотой (v + tnf) содержитс  информаци  об оптическом пути bi световой волны 1 в виде фазового члена kbi (2).

На выходе из рещетки 3 светова  волна Ец аналогично раздел етс  на р д дифракционных пор дков 0±1, 2... с допплеровски смещенными оптическими частотами.

Особенность предложенного способа зак .лючаетс  в . что световые волны EI и Ец направл ютс  из интерференционной схемы на дифракционную решетку не произвольно , а под определенными углами.

Направлени  этих волн осуществл ют так, чтобы /71-ый пор док дифракции одной волны совпал с rt-ым пор дком дифракции другой волны, причем номера совпадающих пор дков . В этом случае в зоне перекрыти  дифракционных пор дков неравных номеров происходит интерференци  разночастотных световых пучков Ei(m) и Eii(n).

Так как интерферирующие пучки имеют различные частоты ()n( + nf), в поле их интерференции содержитс  переменна  составл юща  интенсивности с разностной частотой (n-m)f, дл  преобразовани  и выделени  которой в виде электрического сигнала в поле интерференции пор дков Ei(m) и Eii(n) устанавливают фотоприемник 4 с фильтром 5, настроенным на алгебраическую разность частот л/ и mf.

Возникающий на выходе фильтра электрнческий сигнал определ етс  выражением

вы С) 0 COS {(« m)ft- Мб, (3)

где и - амплитуда.

Величина АЬ входит в фазу сигнала (3),

частота которого равна 2 - .

g

При этом измерение фазы производитс  нутем сравнени  сигнала (3) с сигналом той же частоты и посто нной фазы, который формируетс  устройством, определ ющим параметры движуп.1,ейс  периодической структуры. С точки зрени  преобразовани  величины АЬ в фазу электрического сигнала равноправными  вл ютс  пол  интерференции совпадающих пор дков, номера которых имеют разность (п-т). В каждом из этих полей может устанавливатьс  фотоприемник 4 с фильтром 5, настроенным на частоту (п- , и выдел тьс  электрический сигнал

(3).

Предложенный способ осуществл ет многоканальное , и в частности двухканальное преобразование контролируемого перемещени  в фазу, что повыщает стабильность и

разрешающую способность измерений и увеличивает чувствительность интерференционных преобразователей.

Claims (3)

1. Способ измерени  фазового сдвига световых волн, например при измерении угловых или линейных перемещений объекта, заключающийс  в том, что монохроматические

когерентные излучени  опорного и измерительного каналов интерферометра направл ют на светомодул тор, в котором создают одну движущуюс  с посто нной скоростью периодическую структуру, регистрируют результаты интерференции двух дифрагированиых излучении и определ ют разность фаз интерферирующих потоков излучеиий, по которой суд т о значении перемещени  объекта , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  способа и его аппаратурной реализации , повышени  точности и разрещающей способности измерений, излучени  опорного и измерительного каналов направл ют на светомодул тор так, что они пересекаютс  в плоскости периодической структуры светомодул тора под углом, обеспечивающим многопор дковую дифракцию от каждого нзлученн , а интерферирующие пор дки дифрагированных излучений преобразуют в электрические сигналы, частота которых определ етс  алгебраической разностью номеров интерферирующих пор дков.

2. Способ по п. 1, отличающийс  тем.

что одно из изл ченин до светомод -л тора формируют так, чтобы оно представл ло собой два потока, симметрично располоЛСенных относительно другого излучени .

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что, с целью измерени  пространственных перемещений объекта, излучени  опорного и измерительного каналов по каждой координате направл ют на периодическую структуру светомодул тора, которой задают взаимно перпендикул рные перемещени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3458259, кл. 356-106, 29.07.69.

2.Авторское свидетельство № 399722, кл. G 01В 9/02, 1971.

, 1-2}

f,-jf

4 (П

f т

Г J

,

V ,

r,-f,