Сканирующий интерферометр фабри-перо
Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - увеличение диапазона регулирования постоянной и частоты сканирования , Цель достигается благодаря закреплению зеркал, резонатора в каждой точке с помощью двух пьезоэлементов 3, расположенных на одном радиальном направлении так, что один из них закреплен на нерабочей поверхности 6 зеркала по его периметру , второй на торцовой поверхности 7 фланца 4. Между собой они жестко скреплены посредством скобы 8, изготовленной из того же материала, что и фланцы 4. Узлы крепления фланцев 5 выполнены в виде дифференциальных винтовых механизмов, винтовая пара которых изготовлена из одного материала При этом пьезоэлементы каждой пары смещены вдоль оптической оси друг относительно друга на величину, определяемую по приведенной формуле Н («з - «к )/( «к - «с ). где La толщина зеркал резонатора; Ос,ак,а3 - температурные коэффициенты линейного расширения материалов скобы, узла крепления и зеркал соответственно. 2 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫ1ИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Фиг.1 (21) 4499481/25 (22) 31.10,88 (46) 15.03.91. Бюл. N. 10 (72) Ю.B. Евдокимов, Л.Л, Кравчинский, Л.А. Соловьева, Л.В. Тхоржевский, Г.Н. Шатенев и M.Á, Штенгер (53) 535,853 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 369424, кл. G 01 J 3/26, 1967. Авторское свидетельство СССР Nò 1249344, кл. G 01 J 3/26. 1985. (54) СКАНИРУЮЩИЙ ИНТЕ РФ Е РОМ ЕТР ФАБРИ-ПЕ PO (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения — увеличение диапазона регулирования постоянной и частоты сканирования, Цель достигается благодаря закреплению зеркал, резонатора в каждой точке с помощью двух пьезоэлементов 3, „„Я „„1635014 А1 расположенных на одном радиальном направлении так, что один из них закреплен на нерабочей поверхности 6 зеркала по его периметру, второй на торцовой поверхности 7 фланца 4. Между собой они жестко скреплены посредством скобы 8, изготовленной из того же материала, что и фланцы 4. Узлы крепления фланцев 5 выполнены в виде дифференциальных винтовых механизмов, винтовая пара которых изготовлена из одного материала. При этом пьезоэлементы каждой пары смещены вдоль оптической оси друг относительно друга на величину, определяемую по приведенной формуле Н= L, (а, — ак )/(а„— ас ), где 1 з — толщина зеркал резонатора; а,,а„,а, — температурные коэффициенты линейного расширения материалов скобы, узла крепления и зеркал соответственно. 2 ил, 1635014 Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению, в частности к интерференционным приборам с использованием эффекта многократного отражения, предназначенным для сканирования спектра на повышенных частотах (более 500 Гц), и может быть использовано в спектрометрах различного назначения, работающих в широком диапазоне температур, при изучении быстропротекающих процессов. Цель изобретения — увеличение диапазона регулирования постоянной и частоты сканирования. На фиг.1 приведена конструкция предлагаемого интерферометра; на фиг.2 — сечение А — А на фиг.1. Интерферометр содержит корпус 1, двухзеркальный резонатор 2 и пьезоэлементы 3. Корпус 1 выполнен в виде двух установленных перпендикулярно оптической оси фланцев 4 цилиндрической формы с осевым отверстием, соединенных между собой несколькими узлами 5, выполненными в виде дифференциальных винтовых механизмов. Двухзеркальный резонатор 2 расположен в отверстиях фланцев 4. Каждое зеркало резонатора жестко закреплено в нескольких точках на одном из фланцев 4 с помощью пьезоэлементов 3 одинаковых длины и ТКЛР температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). В каждой точке крепление осуществляется с помощью двух пьезоэлементов. расположеных на одном радиальном направлении. Направлемия их механических перемещений параллельны оптической оси интерферометра. Один иэ пьезоэлементов закреплен ма нерабочей поверхности 6 зеркала по его периметру. второй — на торцовой поверхности 7 фланца 4. Между собой они скреплены посредством скобы 8, обеспечивающей взаимное смещение пьезоэлементов вдоль оптической оси и изготовленной из того же материала, что и фланцы 4. Величина смещения Н = ак -ас .(1) Такой способ крепления зеркал к флгнцам корпуса позволяет проводить сканирование ма частотах свыше 500 Гц. Узлы 5 крепления выполнены в виде дифференциальных винтов и состоят иэ закрепленных на фланцах 4 двух резьбовых гаек 9 с равным шагом резьбы, соединяющего их винта 10, тарельчатой пружины.11, которая исключает люфт резьбовых соединений, и шайбы 12 в промежутке между фланцами, определяющей порядок постоянной интерферометра, Постоянная интерферометра такой конструкции определяется по формуле о4 — 2Т + н т (2) где Ls — расстояние между торцовыми поверхностями фланцев. Изменение его толщины при изменении 10 температуры окружающей среды на 1 С dL/dT = 21 э (аз — «8 ) + + 2Н (а, — ав ) + (ц oe, (3) где Lu — толщина имтерферометра. Поэтому условием его термостабилиза15 ции (dL/dT=O) является следующее соотношение между основными геометрическими размерами; H L а 4 + а,— а, 20 ар +0,5 Lu (4) Для интерферометров с толщиной менее 100 мкм (постоянной более 50 см ) вто-1 рым слагаемым формулы (4) можно пренебречь. При этом ее погрешность не превышает 1 . Таким образом, условие термостабилиэации толщины интерферометра с большой постоянной предложенной конструкции со30 ответствует формуле (1). Ее анализ показывает, что, во-первых, зеркала резонатора 2, винты 10 и скобы 8 должны быть изготовлены из материалов, ТКЛР которых либо удовлетворяют неравенству а >а8>а, либо 35 а <а <а . Во-вторых, точность выполнения условия (1) термостабилизации толщины интерферометра определяется лишь разбросом ТКЛР, их зависимостью от температуры и точностью изготовления элементов его 40 конструкции. Пьезоэлементы 3, разброс ТКЛР которых максимален, не влияют на условие ста. билизации, так как в каждой точке крепления зеркал 2 к фланцам число пьезо45 элементов 3 — четное, поэтому они взаимно компенсируют друг друга. Температурную стабильность рассматриваемого интерферометра определяют no . вытекающей из выражения (3) формуле: dL dÒ =4 (О+ Н) da, (5) гдв ба- максимальный разброс ТКЛР в рассматриваемом диапазоне температур. При изменении толщины интерферо55 метра предлагаемой конструкции r, помощью дифференциальных винтовых механизмов условие термостлбилизации не нарушается. Это позволяет осуществлять регулировку постоянмой в широких вреде1635014 20 лах. ограниченных лишь размерами винта 8 и рабочим диапазоном пружины 11, При этом погрешность dLU установки толщины интерферометра определяется по формуле: dLu = 0,05 (51 — S2) dl/ог (6), где (Я1 — Яг) — разность шага резьбы гаек 9; di — световой диаметр зеркал 2; бг — диаметр, на котором размещены дифференциальные винтовые механизмы 5, Погрешность dD регулировки постоянной 0 определяется формулой dD =2D dL„=0.1 0 (S1 — Яг) б /дг (7) Большой диапазон регулирования постоянной позволяет проводить предварительную юстировку интерферометра на параллельность и установку его толщины без разборки и нарушения термостабилизации, Это, во-первых, исключает процесс подгонки размеров отдельных элементов для получения точного расстояния между зеркалами и значительно упрощает сборку интерферометра, во-вторых, делает его более универсальным, работающим в широком спектральном интервале. Интерферометр работает следующим образом. С помощью дифференциальных винтовых механизмов 5 проводят предварительную установку толщины и юстировку его на параллельность. а затем, используя пьезоэлементы 3, присоединенные к одному иэ зеркал резонатора 2, осуществляют точную юстировку. При этом сканирование производят с помощью пьезоэлементов 3, присоединенных к другому зеркалу. Жесткое присоединение зеркал непосредственно к пьезоэлементам позволяет проводить сканирование на повышенных частотах, Предельная допустимая частота сканирования Fg определяется частотой Fo собственных колебаний пьезоэлементов 3 и вычисляется по формуле Еа =05 Fo =л ESn/16mLM (8) где Š— модуль Юнга материала пьезоэлемента: S — площадь сечения пьезоэлемента; n — число точек крепления пьезоэлементов к зеркалу; m — число пьезоэлементов в каждой точке крепления; L — длина пьезоэлемента; . М вЂ” приведенная масса. Приведенная масса определяется формулой M - Мз + 0,5n m М + 0,5 и (m — 1) Мс, (9) 25 55 где М, М, Mc — масса зеркала, пьезоэлемента и скобы соответственно. Предложенная конструкция интерферометра позволяет проводить предварительную юстировку интерферометра на параллельность и установку его толщины без разборки и нарушения термостабилизации. Это исключает процесс подгонки размеров отдельных элементов для полу,зния точного расстояния между зеркаг ми и уменьшает трудоемкость изготовления зеркал резонатора, пьезоэлементов и время на сборку ингерферометра в несколько раз. Кроме того, большой диапазон регулировки постоянной, до 500 см, позволяет -1 обеспечи ь работоспособность интерферометра в большом спектральном интервале без его разборки, что значительно расширяет область его применения. Формула изобретения Сканирующий интерферометр ФабриПеро, содержащий корпус. выполненный в виде двух, установленных перпендикулярно к оптической оси фланцев цилиндрической формы с осевыми отверстиями, соединенных между собой узлами крепления, двухзеркальный резонатор. расположенный в отверстиях фланцев, каждое зеркало которого жестко закреплено на соответствующем фланце с помощью пьезоэлектрических элементов одинаковой длины с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования постоянной и частоты сканирования, зеркала резонатора закреплены с помощью пар пьезоэлектрических элементов, при этом элементы каждой пары расположены на одном радиальном направлении, один из них закреплен на нерабочей поверхности зеркала, другой — на внешней торцовой поверхности фланца. а между собой они соединены посредством скобы и смещены вдоль оптической оси друг относительно друга на величину Н, определяемую по формуле н =б. аз -а ак ас где О - толщина зеркал резонатора; а,ак Q3 — температурные коэффициенты линейного расширения материалов скобы, узла крепления и зеркал соответственно, а узлы крепления выполнены в виде дифференциальных винтов винтовой пары из одного материала. 1635014 Составитель Г.Воробьева Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняк Заказ 748 Тираж 336 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5 Прсизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
