Измерительная система с трехзеркальным лазер- интерферометром

 

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ТРЕХЗЕРКАЛЬНЫМ ЛАЗЕРОМ-ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ , содержащая трехзеркальный резонатор с активной лазерной средой , модулятор лазерного излучения, источник напряжения опорной частоты. соединенный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоизмерительный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фазоизмерительного блока связан с источником напряжения опорной частоты , отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений путем уменьшения влияния амплитудной модуляции , она снабжена частотным детектором, включенным между фотоприемником и фазоизмерительным блоком , а модулятор лазерного излучения установлен между двумя последот вательно расположенными зеркалами трехзеркального резонатора. со со

СООЭ СОВЕТСНИХ

- СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1142731

4(51) С 01 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н ьвтонснамм cBWIKIWlhCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2937254/18-28 (22) 05.06.80 (46) 28.02.85. Бюл. И- 8 (72) В.А. Алешин и М.Н. Дубров (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 531.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 896392, кл. G 01 В 9/02, 1979.

2. Instrument and Control Systems, 1967, ч. 40, У 11, р. 75-80. (54) (57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С

ТРЕХЗЕРКАЛЬНЫМ ЛАЗЕРОМ-ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ, содержащая трехзеркальный резонатор с активной лазерной средой, модулятор лазерного излучения, источник напряжения опорной частоты, соединенный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоизмерительный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фазоизмерительного блока связан с источником напряжения опорной частоты, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений путем уменьшения влияния амплитудной модуляции, она снабжена частотным детектором, включенным между фотоприемником и фазоизмерительным блоком, а модулятор лазерного излучения установлен между двумя последовательно расположенными зеркалами трехзеркального резонатора.

1142731

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что модулятор лазерного излучения выполнен в виде акус,тооптического кристалла, а фазоизмерительный блок подключен к фотоприемнику и источнику напряжения опорной частоты через умножители частоты на целые числа 0 и 2N соответственно.

Изобретение относится к оптическим измерительным устройствам и пред./ назначено для измерения линейных и угловых перемещений, для контроля коэффициента преломления оптически 5 прозрачных сред и может быть использовано в метрологии, точном машиностроении, геодезии, геофизике и т.д.

Известна измерительная система регистрации, содержащая интерферо10 метр и фотоприемник, установленный на его выходе, усилитель-ограничитель, модулятор с источником модулирующего напряжения, умножитель и делитель частоты на целое число

М 7 2, фазоиэмерительный блок, выполненный в виде реверсивного счетчика 1 3.

Недостатком такой системы является снижение точности измерений при наличии флуктуаций амплитуды интер1 ! ференционного сигнала, например, из-за температурных разъюстировок интерферометра, иэ-за турбулентных искажений светового пуска и др.

Наиболее близкой к предлагаемой является измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром, содержащая трехзеркальный резонатор с активной средой, модуля- 30 тор лазерного излучения, источник напряжения опорной частоты, соединенный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоизмерительный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фазоиэмерительного блока связан с источником напряжения опорной частоты 523. 40

Недостатком такой измерительной системы является применение в каче3. Система по пн . 1 и 2, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что между зеркалами трехэеркального резона, тора последовательно с модулятором лазерного излучения установлена оптическая линия задержки, оптическая длина которой значительно больше длины резонатора. стве модулятора пьезокерамического преобразователя, . связанного с зеркалом внешнего отражателя, что ограничивает частоту опорного модулирующего напряжения в пределах нескольких килогерц и тем самым делает систему узкополосной с невысоким быстродействием. Кроме того, использование в измерительной системе амплитудного детектирования для выделения амплитудно-модулированного сигнала, возникающего на выходе трехзеркального лазера-интерферометра при возвращении обратно в резона. тор лазера пучка, отраженного от внешнего зеркала, не может обеспечить высокой точности измерений иээа низкой помехоустойчивости.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений путем уменьшения влияния амплитудной модуляции сигнала.

Указанная цель достигается тем, что измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром, содержащая трехзеркальный резонатор. с активной лазерной средой, модулятор лазерного излучения, источник

:напряжения опорной частоты, соединенный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоиэмери- .. тельный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фаэоизмери,тельного блока связан с источником напряжения опорной частоты, снабжена частотным детектором, включенным .-между фотоприемником и фазоизмерительным блоком, а модулятор лазер,ного излучения установлен между

:двумя последовательно расположенны1142731

f0 ми зеркалами трехзеркального резонатора.

Модулятор лазерного излучения выполнен в виде акустооптического кристалла, а фазоизмерительный блок подключен к фотоприемнику и источнику напряжения опорной частоты через умножители частоты на целые числа N и 2N соответственно.

Кроме того, между зеркалами трехэеркального резонатора последовательно с модулятором лазерного излучения установлена оптическая линия задержки, оптическая длина которой значительно больше длины 15 резонатора.

На чертеже представлена блок-схема измерительной системы.

Измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром 20 содержит трехзеркальный резонатор, состоящий из активной лазерной среды 1 и зеркал 2, 3 и 4, активная лазерная среда размещена между зеркалами 2 и 3, образующими актив- 25 ную часть резонатора длиной L, пассивную часть резонатора длиной L образуют зеркала 3 и 4, фотоприемник 5, частотный детектор 6, соединенный с его выходом, установленные ЗО последовательно и помещенные в пассивную часть резонатора модулятор 7 лазерного излучения и оптическая линия 8 задержки, источник 9 напряжения опорной частоты, соединенный

35 с модулятором 7 лазерного излучения, фотоиэмерительный блок 10, 1 и умножители 11 и 12 частоты, подключенные к его входам, к входам умножителей подключены соответственно частотный детектор 6 и источник,9 напряжения опорной частоты.

Измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром работает следующим образом.

С помощью модулятора 7, который подключен к источнику 9 напряжения опорной частоты и, осуществ- . ляется однополосная фазовая модуляция лазерного излучения, так что в резонатор лазера возвращается излучение, сдвинутое по частоте на Й

При этом происходит девиация частоты выходного излучения трехзеркального лазера-интерферометра. С по- 55 мощью частотного детектора 6, подключенного к фотоприемнику 5, производится выделение сигнала на частоте модуляции f,, который поступает через умножитель 11 частоты на один из входов фазоизмерительного блока 10.

На другой вход фазоизмерительного блока 10 поступает сигнал с выхода умножителя 12 частоты, подключенного к источнику 9 напряжения опорной частоты. Фазоизмерительный блок

10 может быть выполнен, например, в виде реверсивного счетчика. При неподвижном зеркале 4 разность фаз сигналов на входах фазоизмерительного блока 10 остается постоянной и его показания не изменяются. При непрерывном перемещении зеркала 4 в ту или иную сторону разность фаз непрерывно возрастает (убывает), изменяясь на 360 каждый раз, когда оптическая длина между зеркалами

3 и 4 изменяется на величину Л /2, (L /L ) - Л/4И, т е. йL йф = 360 (?. /L„) 4N лL /Л, (2) целое число, коэффициент умножения умножителя 11; длина волны излучения лазера. где Y аф = 360 - 2 - 4Т!Л (1) где 3 — длина волны излучения лазера ф

L — измеряемое перемещение.

Точность измерений повышается при выполнении модулятора 7 акустооптическим и введении в схему двух умножителей 11 и 12 частоты.

В этом случае коэффициенты умножения умножителей 11 и 12 равны N и 2N соответственно, а регистрируемая разность фаэ увеличивается (уменьшается) на 2 360 с увеличением (уменьшением) длины L пассивной части резонатора (плеча} интерферометра на величину 3/2.

Дальнейшее повышение точности системы регистрации достигается путем установки оптической линии 8 задержки между зеркалами 3 и 4, при этом измеряемой, величиной является перемещение зеркала 2 резонатора.

Если оптическая длина плеча Ь (включая оптическую длину линии 8 задержки) намного больше длины L активной части резонатора (т.e.:.

Ь /L ) 1), изменение разности фаэ сигналов на 360 происходит каждый

pas,когда зеркало 2 перемещается на величину

1142731

Составитель Е. Глазкова (Редактор Л.Веселовская Техред С.Мигунова Корректор Н.Король

Заказ 706/37 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, при использовании умножителей частоты и оптической линии задержки, обеспечивающей выполнение соотношения Й, /Е„ 1l 1, выигрыш по точности измерений составляет 5

10 †. 101 раз, а введение в измерительную> систему частотного детектора и установка модулятора внутри трехзеркального резонатора позволяет повысить точность системы в результате уменьшения влияния паразитной амплитудной модуляции и повысить быстродействие системы вследствии увеличения частоты модуляции до нескольких мегагерц.