Измеритель длин волн

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИН ВОЛЯ, сОДе Гжащий интерферометры Фабри-Перо, каждый из которых снабжен подключенной к нему управляемой цифроаиалоговок системой сканирования и модуляции, зеркал интерферометров и блоком фотоэлектрической индикации на его вькрде , отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений, в резонатор одного из интерферометров помещен элемент с двойным лучепреломлением. i сл to 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) 01 В 9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП4РЫТИЙ (21) 3462461/18-25 (22) 05.07.82 (46) 07.11.83. Вюл. 941

< 72) Л. и .Густырь и В.H. Пучков (71) Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (53) 535.853.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

rto заявке М 2945032, кл. 01 В 9/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 818252, кл.С, 01 В 9/02, 1979.

„„SU„„52851 А (54) (57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИН ВОЛН, сОдер= жащнй интерферометры Фабри-Перо, каждый из которых снабжен подключенной к нему управляемой цифроаналоговой системой сканирования и модуляции, зеркал интерферометров и блоком фотоэлектрической индикации на его выходе, о т л и ч а ю щ н и с я тем что

I с целью повышения надежности и точности измерений, в резонатор одного нз интеоферометров помещен элемент с двойным лучепреломлением., 1052851

j9 0 +2QA

И tl+2dll - K

1 2 2 ()

55. где 1 - длина интерферометра;

3 - толщина кристалла;

К . и K - порядки интерференции для двух лучей, п показатель преломления воздухами()

Иэ равенства (1) следует:

2с)(и2-"„) (К2 <1)Л (2) Изобретение относится к оптикоИнтерференционным устройствам и может быть использовано для измерения длин волн оптического излучения и для контроля как стабилизированных, так и перестраиваемых лазерных источников 5 свега.

Известны нзмерители длин волн с интерферометром Фабри-Перо,которы* снабжены оптикоакустическими приемниками выходного излучения и обеспечива-(9 ют измерение длин волн в широком спектральном и динамическом диапазонах (1) .

Недостатком данных устройств является невозможность автоматизации про. ) $ цесса измерений, обусловленная конструкцией приемников .

Наиболее. близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель длин волн, содержащий интерферометры Фабри-Перо каждый из

Которых снабжен подключенной к нему управляемой цифроаналоговой системой сканирования и модуляции зеркал интерферометра и блоком фотоэлектрической индикации на его выходе (2 ).

Недостатком изветсного устройства являются низкие надежность и точность измерений.

Цель изобретения — повышение надежности и точности измерений. ЗО

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе длин волн, содержащем интерферометры Фабри-Перо, каждый иэ которых снабжен подключенной к нему управляемой цифроаналоговой сис 35 темой сканирования и модуляции зеркал интерферометров и блоком фотоэлектрической индикации на его выходе, в резонатор одного из интерферометров помещен элемент с двойным лучепрелом 4() лением.

В качество такого элемента может служить двоякопреломляющий кристалл.

На выходе исходного интерферомеа- ра наблюдаются две сдвинутые друг относительно друга на некоторую величину ДК системы интерференционных картин, обусловленные двойным лучепреломлением элемента, помещенного

:в резонатор интерферометра, Для лучей с показателем преломления и и

1 и2 выполняются равенства

Г 1 2 о и п

2с (и -п )

К -K д

Таким образом, измерив значение

pK=K2-К и зная олщину d кристалла, а также зависимость др(Л), из формулы (3) можно определить значение

Л/йп(Я), а затем пп известной зависимости аь (4) - величину В, которая служит в качестве предварительного значения длины волны. Зависимость ди (В ) используемого материала должна быть предварительно определена с необходимой точностью.

Как видно из (3), для определенной точности измерения сдвига интерференционных картин чем больше толщина d кристалла, а следовательно, и. д К, тем меньше погрешность Измерения.

Однако выбор максимального значения а( ограничен тем,что при, >i

Я

2д и(Л)

ДК >g4 и, следовательно,. возникает неопределенность при нахождении дК по сдвигу наблюдаемых интерференционных картин.:

Работа устройства заключается в определении dK для исходного интерферометра и дробных частей

F. ; ;(1.-1 2,...)порядка интерференции для последующих интерферометров длиной О;(2,3,...) и нахождении путем последовательных приближений значений длины волны. Для этого последовательно решаются уравнения вида:

g(t -Š— +О =К2+ (2

Л (2 2) «р (g) к (6)

Иэ уравнения (4). находят целую часть порядка интерференции (путем отбрасывания в правой части величины

d ),а из уравнения (5) — уточненное значение fi длины волны. Аналогично йроисходит уточение длины волны на последующих, этапах (уравнения 6,7 и т.д.), причем значение длины волны, полученное на предыдущем этапе, служит исходным для решения уравнения на последующем этапе.

На чертеже представлена структурная схема одной иэ ветвей измерителя длин волн °

Устройство содержит коллиматор 1, сканирующий интерферометр Фабри-Перо

2, двоякопреломляющий кристалл 3, генератор 4 частоты модуляции, пьезо1052851 привод 5. одного из зеркал интерферометра, генератор 6 им1ульсов, реверсивный счетчик 7, преобразователь 8 код - напряжение, управляемый источник 9 питания, привод 10 другого зеркала интерферометра, фотоприемник 5

11, резонансный усилитель 12, синхрон ный детектор 13, формирователь 14, схему 15 управления, счетчики 16 и

17 импульсов, генератог 18 команд, дешифратор 19, транслятор 20 и ариф- (0 метическое устройство 21.

При этом: генератор 4, пьеэопривод 5, генератор 6, счетчик 7, преоб,разователь 8, источник 9 и пьезопривод 10 представляет собой цифроаналоговую систему сканирования и. модуляции зеркал интерферометра, в которой генератор 4 соединен.с пьезоприводом 5 и служит для модуляции одного из зеркал интерферометра, 2О последовательно включенные генератор

6, счетчик 7, преобразователь 8, источник 9 представляют собой генератор линейно изменяющегося напряжения, управляющий работой пьезопривода 10, а Фотоприемник 11, усилитель 12, детектор 13, формирователь 14,схема

15 управления, счетчики 16 и 17, генератор 18, дешифратор 19, транслятор

20 и арифметическое устройство 21, входят в состав блока фотоэлектрической индикации установленного по выходе интерферометра.

Определение величины сдвига и дробных частей порядка интерференции . осуществляют путем заполнения импуль- 35 сами от генератора 6 интервала времени сканирования между фиксированными точками интерференционных картин.

Устройство работает следующим образом. 40

Контролируемое излучение после коллиматора 1 поступает на вход интерферометра 2 с находящимся внутри него двоякопреломляющим кристаллом

3 и на его выходе регистрируется 45 блоком Фотоэлектрической регистрации.

Модуляция и сканирование разности хода,в интерферометре осуществляется путем подачи модулирующего синусоидального напряжения от генератора

4 (подается на пьезопривод 5) и линей. но изменякщегося напряжения от генератора 6(подается на пьезопривод 10) .

Для формирования линейно изменяющегося напряжения тактовые импульсы напряжения от задающего генератора

6 импульсов подаются на реверсивный счетчик 7 и преобразователь 8 коднапряжение, где происходит формирование кода напряжения. на выходе счет-: чика код напряжения считывается 60 преобразователем, который Формирует ступенчатое пилообразное напряжение треугольной формы таким образом, что каждому приращению напряжения на его выходе соответствует один

I импульс от генератора 6. Количество ступенек по обоим фронтам пилы однинаково и равно количеству импульсов, поступакщих на вход счетчика 7 эа один полупериод сканирования разности хода. Мерой сдвига двух интерференционных картин яаляется количество HMIjjJII coB уложившихся между максимумами двух интерференционных картин. Для этого тактовые импульсы от генератора 6 пересчитываются счет. чиками 16 и 17. Заполнение счетчика

16 происходит в промежуток времени прохождения двух соседних максимумов и его показания соответствуют дробной части сдвига двух интерференционкых картин, в промежуток времени между первым и третьим максимумами происходит заполнение счетчика 12, его показания соответствуют числу импульсов, укладывающихся и одном порядке интерференции. Аналогично при измерении дробных частей порядков интерференции в других ветвях устройства пересчитываются числа импульсов, уложившихся от начала развертки до первого максимума и между двумя последовательными максимумами ва всех других интерферометрах. Распределение импульсов между счетчиками осуществляется схемой управления при условии, что на входе устройства действует оптическое излучение. Момент прохождения через максимум полосы пропускания аппаратной функции интерферометра определя " ется путем дифференцирования сигна" ла по первой производной на частоте. модуляции сигнала. Для этого с выхода синхронного детектора 13 сиг" нал первой производной аппаратной функции поступает на формирователь

14, который в момент перехода через нуль формирует короткий импульс, запускающий схему 15 управления, которая управляет работой счетчиков

16 и 17. Содержимое счетчиков через дешифратор 19 посредсТвом транслятора 20 переписывается в память арифметического устройства 21.Последовательность перезаписи определяется генератором 18 команд, который запускается от схемы 15 управления.

Решение уравнений измерения осуществляется по программе, составленной для устройства 21, и происходит автоматически по командам от генератора 18. На индикаторном табло устройства 21 в цифровом виде выдается значение искомой длины волны.

Структурная схема других ветвей устройства совершенно аналогична схеме первой ветви.

Таким образом, введение в резонат

-тор одного из интерферометров элемента с двойным лучепреломлением позволяет значительно повысить надежность и точность исходного значения из1052851

Составитель A.Ì ùâåäåâ

Редактор Я.Кешеля Техред В,Далекорей КорректорА. Ильин

Заказ 8842/34 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I13035,Москва, %-35, Рауцская наб., д .4/5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 меряемой длины волны, а следовательно, и точность измерения в целом без принятия каких-либо мер по термостабилизации интерферометра, которые обычно приводят к значительному усложнению конструкции интерферометра, что, в свою очередь, ведет к усложнению ус тройств а .