SU811070A2

SU811070A2 - Method of measuring angle between interfering fronts

Info

Publication number: SU811070A2
Application number: SU782685837A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Кузьмич Кладов
Original assignee: Физико-Технический Институт Низкихтемператур Ah Украинской Ccp
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1981-03-07

Description

1one

Изобретение относитс к оптико-интерференционным средствам измерени и может быть использовано дл определени угла между интерферирующими фронтами при автоматической юстировке двухлучевых интерференционных устройств.The invention relates to opto-interference measurement tools and can be used to determine the angle between interfering fronts in the automatic alignment of two-beam interference devices.

Известны способы 1 измерени угла между интерферирующими фронтами, основанные па измерении разности хода лучей в двухлучевом интерферометре и счете числа полос в поле интерференции неподвижного источника; он допускает автоматизацию процесса измерени .Methods 1 for measuring the angle between interfering fronts are known, based on measuring the difference in the path of the rays in a two-beam interferometer and counting the number of bands in the interference field of a fixed source; it allows automation of the measurement process.

Наиболее близок к предлагаемому способ , описанный в основном авт. св. № 720293, основанный на том, что в двухлучевой интерферометр дополнительно ввод т подвижиый луч, формируют поле его интерференции и осуществл ют в нем счет числа полос при смещении луча между двум парами точек на взаимно перпендикул рных пр мых, а величину угла определ ют по разности числа полос, полученной при их счете в пол х интерференции подвижного и неподвижного лучей.Closest to the proposed method, described mainly by the author. St. No. 720293, based on the fact that a moving beam is additionally introduced into a two-beam interferometer, forms its interference field and calculates the number of bands in it when the beam shifts between two pairs of points to mutually perpendicular straight lines, and the angle is determined by the difference the number of bands obtained by counting them in the fields of interference of moving and stationary rays.

К недостаткам способа можно отнести недостаточную точность автоматической юстировки интерферометра, особенно при малых углах между фронтами.The disadvantages of the method include the insufficient accuracy of the automatic alignment of the interferometer, especially at small angles between the fronts.

Целью изобретени вл етс повышениеThe aim of the invention is to increase

точности автоматической юстировки интерферометра .precision automatic alignment of the interferometer.

Эта цель достигаетс благодар тому, что интенсивность в неподвижном лучеThis goal is achieved due to the fact that the intensity in a fixed beam

удерживают иа уровне полусуммы максимальной и минимальной интенсивиостей путем изменени положени подвижного зеркала и определ ют величину угла по изменению интенсивности подвижного луча приkeep the level at half the maximum and minimum intensity by changing the position of the moving mirror and determine the angle by changing the intensity of the moving beam at

смещении его между точками каждой из пар точек, подвижный луч перемещают по окружности, Б центре которой располагают неподвижный луч, а величину угла определ ют , выдел синусную и косинусную составл ющие первой гармоники интенсивности подвижного луча.displacing it between the points of each of the pairs of points, the moving beam is moved around a circle, the center of which is fixed to the fixed beam, and the angle is determined by highlighting the sine and cosine components of the first harmonic of the intensity of the moving beam.

На чертеже представлена схема интерференционного устройства. Устройство содержит светоделитель 1,The drawing shows a diagram of the interference device. The device contains a beam splitter 1,

пеподвил ное зеркало 2, подвижное зеркало 3, неподвижный луч 4, подвижный луч 5, зеркало 6 с отверстием в центре, линзу 7, фотоприемники 8 и 9, блок управлени 10, синхронный детектор 11, блок 12 отметокpeepwave mirror 2, movable mirror 3, fixed beam 4, movable beam 5, mirror 6 with a hole in the center, lens 7, photo detectors 8 and 9, control unit 10, synchronous detector 11, block 12 marks

положени подвижного луча. На чертеже отмечены две пары положений подвижного луча - 13 и 14, 15 и 16.the position of the moving beam. Two pairs of the positions of the moving beam are marked on the drawing - 13 and 14, 15 and 16.

Устройство работает следующим образом . Интерференционную картину от неподвижного луча 4 проектируют на фотоприемник 9, а от подвижного луча 5 с помощью зеркала 6 и линзы 7 - на фотоприемник 8. При измерении угла между интерферирующими фронтами выбирают две пары положений подвижного луча 13 и 14, 15 и 16, лежащих на двух взаимно перпендикул рных пр мых, например, на окружности диаметром D через 90°. С помощью фотоприемника 9, блока управлени 10 удерживают интенсивность неподвижного луча 4 на уровне, равном полусумме максимальной и минимальной интенсивностей, мен положение подвижного зеркала 3, перемещают подвижный луч 5 из точки 13 в точку 14 и измер ют его интенсивность с помощью фотоприемника 8; затем перемещают луч 5 из точки 15 в точку 16 и измер ют его интенсивность . Зависимость интенсивности подвижного луча от полол ени однозначно характеризует угол между интерферирующими фронтами при условии, что угол мал. Введем систему координат на выходе интерферометра так, чтобы ось была направлена вдоль оси неподвижного луча 4. Пусть (0,01) - едииична нормаль к фронту первого луча интерферометра, (а, Ь, с) - второго, z 0 - уравнение фронта первого луча, ах + Ьу -}- CZ О - уравнение фронта второго луча; тогда разность фаз ф по сечению пучка интерферометра имеет вид ;ср(.х, у, г) - - ax by-i-(.)z+d, где d - оптическа разность хода в плечах интерферометра. Так как угол между интерферирующими фронтами мал и отличие «с от единицы есть величина второго пор дка малости, то слагаемым, содержащим 2, можно пренебречь, т. е. {, У) («- + У + d). Интенсивность неподвижного луча 4 /, ZZ Л2 1 + cos (00)1 Л| f 1 + cos - где Л4 - амплитуда. Интенсивность подвижного луча 5 в точке (х, у) + cos(ax+by + d) , где Л5 - амплитуда. С помощью блока управлени , измен положение подвижного зеркала 3, удерживают интенсивность /4, равной Л|, т. е. удерживают оптическую разность кода d такой, что cos . При этом производd / 2 й на - cos будет только одного знаod А у д f 1-r.cL гч т-г ка, например, cos 0. При этих dd р у 22л услови х (i+V4 1Н(ал:+ +&г/). Если угол а между фронтами достаточно мал, так что 2n., то /5 AZ 1-j(ал:+&г/) и коэффициенты А, «а и «6 можно найти следующим образом: /g(14)-/,(13) ЗсAlD , X /5 (15)-/5 (16) - - где /5(13), /5(14), /5(15), /5 (16) -суть значени интенсивности подвижного луча 5 в положени х 13-16 соответственно. Такой способ определени угла реализуетс в узких пределах, но с помощью синхронного детектора 11 можно расширить его возможности . Пусть подвижный луч 5 описывает окружность диаметром D. Тогда D,D . , X COSwf /5 3 Л| fl -f sin- (a cos CO/ -f sinco/) 1 введем параметры а Уа + Ь ab -. - arcsin - arc cos - . / x /TiaD /, : ли 1 -f 2S /2.-, (sm((2k / X(« + )) где Jm - функци Бессел первого рода пор дка т. С помощью синхронного детектора определ ют амплитуду и фазу первой гармонил ол г / , ки. Амплитуда Vi равна 2AiJi ( ), а фаза равна т. Функци /i ведет себ вблизи нул следующим образом: в интервале -3,83; -i-3,83 ее знак совпадает со знаком аргумента, в интервале -1,84; 1,84 она монотонно зависит от аргумента; в интервале - 1; 1 с точностью 10% ее можно заменить линейным приближением i(x) х/2. Амплитуду и фазу первой гармоники можно использовать в системе отработки нулевого угла между фронтами при угле 3,83).,84 -. и при . Угол а можно )The device works as follows. The interference pattern from the fixed beam 4 is projected onto the photodetector 9, and from the moving beam 5 with the help of mirror 6 and lens 7 - onto the photodetector 8. When measuring the angle between the interfering fronts, two pairs of the positions of the moving beam 13 and 14, 15 and 16 lying on two mutually perpendicular straight lines, for example, on a circle with a diameter D through 90 °. Using the photodetector 9, the control unit 10 keeps the intensity of the fixed beam 4 at a level equal to the half sum of maximum and minimum intensities, changing the position of the movable mirror 3, moves the moving beam 5 from point 13 to point 14 and measures its intensity with the help of photodetector 8; Then, beam 5 is moved from point 15 to point 16 and its intensity is measured. The dependence of the intensity of the moving beam on the polarity uniquely characterizes the angle between the interfering fronts, provided that the angle is small. We introduce a coordinate system at the interferometer output so that the axis is directed along the axis of the fixed beam 4. Let (0.01) be the normal to the front of the first beam of the interferometer, (a, b, c) - the second, z 0 is the front equation of the first beam , ах + Ьу -} - CZ О is the equation of the front of the second ray; then the phase difference φ over the cross section of the beam of the interferometer has the form; cf (.x, y, d) - - ax by-i - (.) z + d, where d is the optical path difference in the arms of the interferometer. Since the angle between the interfering fronts is small and the difference between с and unity is the second order of smallness, the term containing 2 can be neglected, i.e. {, Y) (“- + Y + d). The intensity of the fixed beam 4 /, ZZ Л2 1 + cos (00) 1 L | f 1 + cos - where L4 is the amplitude. The intensity of the moving beam 5 at the point (x, y) + cos (ax + by + d), where L5 is the amplitude. Using the control unit, changing the position of the movable mirror 3, keep the intensity / 4 equal to Л |, i.e., keep the optical difference of the code d such that cos. At the same time, the production of d / 2 nd on - cos will be only one sign of A y d f 1-r.cL hf t-ka, for example, cos 0. Under these dd r y 22 l conditions (i + V4 1H (al: + + & g /). If the angle a between the fronts is small enough, so 2n., then / 5 AZ 1-j (al: + & g /) and the coefficients A, "a and" 6 can be found as follows: / g (14) - /, (13) Alcd, X / 5 (15) - / 5 (16) - - where / 5 (13), / 5 (14), / 5 (15), / 5 (16 a) -the essence of the intensity of the moving beam 5 at positions 13-16, respectively. This method of determining the angle is implemented within narrow limits, but using a synchronous detector 11 it is possible to expand its capabilities. Let the moving beam 5 o circumference of a circle with diameter D. Then D, D., X COSwf / 5 3 Л | fl -f sin- (a cos CO / -f sinco /) 1 we introduce the parameters a Уа + Ь ab -. - arcsin - arc cos -. / x / TiaD /,: whether 1 –f 2S /2.-, (sm ((2k / X (“+)) where Jm is the Bessel function of the first kind of the order of m. Using the synchronous detector, the amplitude and phase of the first are determined harmonized ol g /, ki. The amplitude Vi is equal to 2AiJi (), and the phase is equal to m. The function / i behaves near zero as follows: in the interval -3.83; -i-3,83 its sign coincides with the sign of the argument, in the range -1,84; 1.84 it monotonously depends on the argument; in the interval - 1; 1 with an accuracy of 10%, it can be replaced by a linear approximation i (x) x / 2. The amplitude and phase of the first harmonic can be used in the system of working off the zero angle between the fronts at an angle of 3.83)., 84 -. and at. Angle as you can)

Claims

Claim

1. The method of measuring the angle between interfering fronts according to ed. St.

5 No. 720293, characterized in that, in order to improve the accuracy of automatic alignment of the interferometer, the intensity in a fixed beam is kept at the half-sum of the maximum and minimum 10 intensities, and the angle is determined by the change in the intensity of the moving beam when it is shifted between the points of each of the pairs of points.

2. The method according to p. 1, characterized in that in order to measure small angles, the moving beam is moved around a circle in the center of which a fixed beam is located, the angle is determined by highlighting the sine and cosine components of the first harmonic of the intensity of the moving beam.