Интерферометр для многоцелевых оптических измерений

Изобретение относится к области оптических измерений. Интерферометр содержит лазерный осветитель, вогнутое сферическое зеркало с центральным соосно осветителю отверстием, светоделительный элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью. На первой плоской грани куб-призмы выполнено микросферическое - вогнутое либо выпуклое - зеркало, центр которого располагается на оптической оси интерферометра. Технический результат состоит в уменьшении габаритных размеров интерферометра, увеличении числовой апертуры и повышении качества выходящего волнового фронта, расширении диапазона использования. 3 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к технике измерений оптических характеристик оптическими средствами и может быть использовано при конструировании интерферометров типа Тваймана-Грина, неравноплечих микроинтерферометров для контроля формы и шероховатости поверхностей оптических деталей, в том числе зеркал телескопов, а также других измерений.

Для оптических измерений применяется несколько типов интерферометров, в частности интерферометры Физо, Майкельсона, Тваймана-Грина и другие (Ю.В. Коломийцов «Интерферометры», Л-д, «Машиностроение», 1976 г., стр. 52-57, 210-212). В общем случае все они содержат осветительную ветвь, разделительный элемент, например плоскопараллельную пластину с одной полупрозрачной поверхностью, эталонную и регистрирующую ветвь. Исходный пучок света разделяется в них на два пучка, которые, отражаясь от эталонной и исследуемой поверхностей, интерферируют между собой и интерференционная картина наблюдается или регистрируется и исследуется. Указанные схемы довольно громоздки, часто дают не очень четкую интерференционную картину. Для устранения этих и прочих недостатков используют разделительный кубик (куб-призму), склеенную из двух прямоугольных призм с полупрозрачным отражающим слоем на гипотенузной грани одной из них. Так, известен интерферометр для контроля формы астрономических зеркал (Д.Т. Пуряев и С.К. Мамонов, авт. свид. SU 662795, опубл. 15.05.1979 г.), выполненный по аналогичной схеме, в которой в качестве светоделителя использована куб-призма, а в качестве осветителя - монохроматический источник света в виде лазера. Однако схема отягощена необходимостью использования вспомогательных оптических деталей, в частности сферо-гиперболической линзы, что усложняет интерферометр и увеличивает его габариты.

Ближайшим к конструктивному исполнению и назначению может служить неравноплечий лазерный интерферометр типа ИТ-172 (патент RU 1404810, опубл. 23.06.1988 г.; Ю.В. Коломийцов «Интерферометры», Л-д, «Машиностроение», 1976 г., стр. 211). Он включает в себя осветительную ветвь с лазерным осветителем и микрообъективом, эталонную, иначе опорную ветвь, светоделительной элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью и регистрирующую интерференционную картину ветвь с приемником излучения и объективом сопряжения. Работает интерферометр обычным образом, как это указано выше. Однако осветительная ветвь его довольно велика, числовая апертура выходящего пучка невелика, что не решает поставленную задачу. Применение интерферометра ограничено измерениями параметров и формы оптических поверхностей оптически анизотропных сред, где имеет место автоколлимационный ход лучей.

Задача изобретения заключается в расширении диапазона применения интерферометра, повышении апертуры и качества выходящего волнового фронта и уменьшении габаритных размеров интерферометра.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в интерферометре для многоцелевых оптических измерений, содержащем осветительную с лазерным осветителем, эталонную, регистрирующую ветви и светоделительный элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью, в отличие от известного в осветительной ветви установлено вогнутое сферическое зеркало с центральным соосно осветителю отверстием, зеркало обращено вогнутой отражающей поверхностью к плоской грани куб-призмы, на которой выполнено микросферическое зеркало, при этом центр его располагается на оси интерферометра.

Применение микросферического зеркала позволяет существенно уменьшить габаритные размеры прибора, т.к. исключает необходимость применения афокальной системы для расширения пучка и многолинзового фокусирующего объектива сложной конструкции, аберрации которого должны быть исключены или учтены совместно с аберрациями куб-призмы. Такое решение позволяет существенно увеличить числовую апертуру выходных пучков и полностью исключить сферическую аберрацию и аберрацию кома пучка.

Предложенное техническое решение осветительной ветви интерферометра может быть полезным и использоваться в качестве базового решения для других типов интерферометров.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

Фиг. 1 - принципиальная схема интерферометра;

Фиг. 2 - вариант исполнения выпуклого микросферического зеркала;

Фиг. 3 - вариант исполнения вогнутого микросферического зеркала.

Интерферометр (Фиг. 1) содержит последовательно установленные лазерный источник излучения 1, микросферическое зеркало 2, вогнутое сферическое зеркало 3 с центральным отверстием, светоделительную куб-призму 4 с полупрозрачной гипотенузной гранью. Зеркало 3 обращено вогнутой отражающей поверхностью к плоской грани куб-призмы 4, на которой выполнено сферическое микросферическое зеркало 2, причем центр его располагается на оптической оси интерферометра. Интерферометр содержит по другую грань куб-призмы 4 в эталонной ветви эталонный объект 5, а со стороны третьей грани в регистрирующей ветви - объектив сопряжения 6 и приемник излучения 7. Четвертой гранью интерферометр направлен в сторону объекта исследования 8 (измерительная ветвь).

Для работы в видимой области спектра в качестве источника 1 может быть применен He-Ne лазер с длиной волны λ=0,6328 мкм и диаметром пучка 1 мм, а для ИК-области спектра - СО2-лазер с длиной волны λ=10,6 мкм. Микросферическое зеркало 2 может быть как выпуклым (наклеенным на входную грань), так и вогнутым - в виде углубления в центральной части входной грани светоделительного кубика. Были рассчитаны конструктивные параметры базовой оптической схемы интерферометра для работы в видимой (Таблица 1) и ИК-области спектра (Таблица 2).

Интерферометр работает следующим образом. Монохроматический световой пучок, выходящий из лазера 1, пройдя отверстие в зеркале 3, падает на микросферическое зеркало 2, и после отражения от него образуется расходящийся высокоапертурный пучок, который направляется на вогнутое сферическое зеркало 3 большего диаметра. После отражения от зеркала 3 световой пучок проходит через куб-призму 4, образуя выходящий пучок лучей с относительным отверстием 1:1,6 (для видимой области спектра, λ=0,6328 мкм) и 1:1,2 (для ИК-области, λ=10,6 мкм), который практически не имеет сферической аберрации (остаточная волновая аберрация не превышает значения W=λ/10).

Микросферическое зеркало 2 может быть выполнено, например, в виде выпуклого сферического зеркала малого диаметра 0,5-1 мм (Фиг. 2) либо в виде сферического углубления в куб-призме такого же диаметра (Фиг. 3) - вогнутое зеркало.

Измерительная ветвь интерферометра может представлять множество различных типовых схем для измерения разнообразных оптических элементов (например, гиперболических, эллиптических, параболических зеркал), организованных по единому принципу: лучи выходящего сферического волнового фронта испытывают автоколлимационное отражение и возвращаются вновь на светоделительный кубик, где интерферируют с эталонным сферическим волновым фронтом. Объектив сопряжения 6 является сменным элементом в зависимости от конструкции измерительной ветви и должен обеспечить изображение контролируемой поверхности или автоколлимационного элемента на приемнике излучения 7, например, в виде матрицы ПЗС или фотопластинки.

Интерферометр промышленно применим, т.к. составляющие его узлы и оптические детали промышленностью освоены и выпускаются.

Расчетным путем и графически показано, что применение микросферического и отражающего сферического зеркал увеличивает апертуру и качество волнового фронта, укорачивает всю осветительную ветвь и уменьшает габариты интерферометра, расширяет диапазон его применения для различных типов измерений.

Интерферометр для многоцелевых оптических измерений, содержащий осветительную с лазерным осветителем, эталонную, регистрирующую ветви и светоделительный элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью, отличающийся тем, что в осветительной ветви установлено вогнутое с центральным соосно осветителю отверстием сферическое зеркало, обращенное вогнутой отражающей поверхностью к плоской грани куб-призмы, на которой выполнено микросферическое зеркало, центр которого располагается на оптической оси интерферометра.



 

Похожие патенты:

Заявленная группа изобретений относится к устройствам получения и обработки изображений оптической интерферометрии и может быть использовано для прижизненной визуализации и количественной оценки деполяризующих свойств отдельных участков биологических тканей, в том числе человеческих.

Изобретение относится к области литографии и касается системы литографии. Система литографии включает в себя основание, установленную на основании оптическую колонну для проецирования шаблона на мишень, подвижный держатель мишени, модуль дифференциального интерферометра, предназначенный для измерения смещения держателя мишени.

Способ получения спектральных цифровых голографических изображений, реализуемый устройством, заключается в формировании коллимированного широкополосного светового пучка, его селективной дифракции в акустооптическом фильтре, делении его на два пучка, пропускании одного из них через исследуемый объект.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства для измерения угловых перемещений объекта. Устройство включает в себя источник когерентного излучения, расширитель светового пучка, светоделитель, который пропускает без изменения направления первый луч и отражает второй луч, установленное на пути второго луча зеркало, два установленных на измеряемом объекте уголковых отражателя, приемник интерференционной картины, блок фильтрации и усиления сигнала, компаратор и концевые датчики положения.

Способ контроля параметров сигнала волоконно-оптического интерферометра фазового датчика с перестраиваемым источником оптического излучения включает в себя измерение амплитуды контролируемого интерферометрического сигнала, по которому судят о текущем значении глубины фазовой модуляции, ее регулировку до оптимального значения путем изменения амплитуды модулирующего сигнала, изменение центральной длины волны излучения источника оптического излучения и измерение соответствующих текущих значений амплитуды контролируемого интерферометрического сигнала.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных перемещений по трем взаимоортогональным осям. Интерферометр содержит одночастотный лазер, коллиматор для ввода излучения в транспортное волокно, коллиматор, вводящий излучение в оптическую схему, акустооптический модулятор, формирующий опорное и измерительное плечи интерферометра, поляризационный светоделитель, позволяющий развести лучи на расстояние, достаточное для их независимого использования зеркалами, систему зеркал, которая расположена вокруг пьезоэлектрического стола, триппель-призмы, закрепленные на пьезоэлектрическом столе так, что их оси симметрии проходят через центр вращения пьезоэлектрического стола, фотоприемники, подключенные к соответствующим измерительным входам фазометра, а также генератор сдвиговой частоты, связанный с акустооптическим модулятором и опорным входом фазометра.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается спектроскопического прибора. Спектрометрический прибор включает в себя сканирующий интерферометр.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается интерферометра Майкельсона с колеблющимися зеркалами. Интерферометр включает в себя n зеркал, причем n≥2.

Способ получения оптических трёхмерных и спектральных изображений микрообъектов включает в себя коллимирование широкополосного оптического излучения источника, разделение на два пучка - референтный и объектный, формирование интерференционной картины за счёт сведения указанных пучков, регистрация её матричным приемником.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к интерференционным системам и методам контроля качества оптических поверхностей. Устройство для контроля качества плоских оптических деталей, расположенных под углом к оптической оси, состоит из передающего канала, включающего источник излучения, формирующий два пучка, расположенных на расстоянии друг от друга со взаимно перпендикулярными линейными состояниями поляризации, находящихся в фокальной плоскости объектива, четвертьволновую пластину, а также последовательно расположенные по ходу излучения на выходе объектива эталонную оптическую пластину, контролируемую оптическую деталь и возвратное зеркало, а также приемного канала, включающего светоделитель и после него приемник излучения, состоящий из матричного фотоприемника и линейного анализатора, позволяющий регистрировать одновременно несколько интерферограмм, необходимых для дальнейшего анализа.

Изобретение относится к интерферометрам. Интерферометр содержит когерентный источник света 1, излучающий исходный луч 2, проходящий через полупрозрачную отражательную пластинку 3 и расщепляющийся на проходящий луч 4 и отраженный луч 5, который проходит световод 6 и световод с изменяемой длиной пути 7 с светопрозрачным наполнителем 8 с заданным коэффициентом преломления, который снабжен приводом изменения длины 9. Световод 7 подсоединен к световоду 10. Световой блок 11 состоит из элементов 6-10 и привода 12, обеспечивающего возможность совершать повороты. Луч 13, выходящий из световода 10, проходит на вторую полупрозрачную пластинку 14, становясь лучом 16. Также через пластинку 14 проходит луч 4, становясь проходящим лучом 15. Лучи 15 и 16 проходят через фокусирующую систему 17 на полупрозрачный экран 18, сзади которого находится камера 19, подсоединенная к контроллеру 20. Контроллер 20 подсоединен к приводам 9 и 12, а также к панели управления 21, экрану 22, модему 23. Технический результат – повышение компактности, гибкости настройки. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области интерференционной оптики и может быть использовано для определения рельефа поверхности на основе фазового изображения, например, в интерференционных микроскопах. Согласно способу получения фазового изображения когерентный лазерный луч разделяют на два луча, первый из которых направляют на фазово-контрастный объект, а второй - на эталонное зеркало. Отраженный первый луч и отраженный второй луч совмещают и направляют на фотоприемник, после чего определяют фазу каждой области фазово-контрастного объекта. При этом предварительно определяют фазовый набег каждой области эталонного зеркала, который получают на основе многократного измерения фазы на каждом пикселе фотоприемника при случайном смещении тестовой поверхности в каждом измерении с последующим усреднением результатов измерений. Измеренная ранее фаза каждой области фазово-контрастного объекта является промежуточной фазой, а истинную фазу каждой области фазово-контрастного объекта получают путем корректировки промежуточной фазы на фазовый набег, соответствующей данному пикселю области эталонного зеркала. Достигается учет как систематической, так и случайной составляющей погрешности фазового изображения, возникающей вследствие неточного исполнения опорного зеркала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при создании волоконно-оптических интерферометрических датчиков для регистрации фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий). Изобретение решает задачу создания волоконно-оптического интерферометрического устройства для регистрации различных фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий), которое позволяет избавиться от искажений полезного сигнала и уменьшить оптические потери при одновременном упрощении конструкции. Волоконно-оптическое интерферометрическое устройство для регистрации фазовых сигналов, включающее оптически соединенные источник когерентного оптического излучения, фазовый модулятор, устройство для распределения оптической мощности, чувствительную часть, включающую, по крайней мере, один чувствительный элемент, представляющий собой отрезок чувствительного оптического волокна, находящийся между двумя волоконными брэгговскими решетками (ВБР) одной резонансной длины волны, расположенными на заданном расстоянии, и фотоприемное устройство со схемой демодуляции, при этом вход фазового модулятора соединен с источником когерентного оптического излучения, а его выход соединен с первым портом устройства для распределения оптической мощности, второй порт которого соединен с чувствительной частью, а третий порт устройства для распределения оптической мощности соединен с входом фотоприемного устройства, а длина чувствительного элемента (Lчэ) и длительность лазерного импульса источника когерентного оптического излучения (tимп) связаны соотношением: ,где с - скорость света, n - показатель преломления оптического волокна чувствительного элемента, tимп - длительность лазерного импульса, Lчэ - длина чувствительного элемента. 4 ил.

Голографический способ изучения нестационарных процессов, в котором используют когерентный источник излучения, коллиматор и первый, второй и третий светоделители, а также зеркала, при помощи которых формируют три опорных и один объектный пучки. В процессе реализации способа указанные три опорных пучка могут быть перекрыты экранами, что обеспечивает возможность последовательного во времени формирования голограмм. Технический результат заключается в обеспечении возможности изучения нестационарных процессов на разных стадиях их развития, не вмешиваясь в их физико-химические явления, что повышает точность измерений параметров исследуемого процесса. 2 ил.

Изобретение может быть использовано для формирования периодических интерференционных картин, например, для записи голографических дифракционных решеток, создания периодических структур различной размерности, реализации Фурье-спектрометров, брэгговских зеркал и т.п. Интерферометр содержит источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, разделяющий исходный пучок на два парциальных, два зеркала, направляющие эти пучки под углом схождения друг к другу, и светочувствительный элемент. Светоделительный элемент, два зеркала и светочувствительный элемент образуют зеркально-симметричную систему относительно плоскости светоделительного зеркала, встроенного в светоделительный элемент, и установлены неподвижно на основании, ось вращения которого расположена так, что обеспечивает согласование вращательного движения основания и перемещения по светоделительному зеркалу коллимированного светового пучка за счет изменения его угла падения. Технический результат - повышение виброустойчивости и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения положения объектов относится к оптическим способам определения положения сканирующих датчиков при измерении полного поперечного профиля объекта. В первом варианте реализации способа определения положения оптических датчиков в устройстве контроля замкнутого профиля изделий с использованием формирования датчиками световой линии на его поверхности с последующим получением изображения световой линии и его обработки в устройство вводят эталонный образец с плоской поверхностью, протяженность которой обеспечивает прием сигналов от двух соседних датчиков одновременно. Образец вращают вокруг фиксированной оси в плоскости расположения датчиков устройства и получают изображение световых линий от каждой пары датчиков при нескольких разных положениях плоской поверхности и при каждом ее положении совмещают изображения световых линий двух датчиков и измеряют координаты второго датчика в системе координат первого датчика и измеряют угол между изображением световой линии профиля и осью абсцисс в системе координат датчика, у которой ось ординат совпадает с направлением излучения. По разности измеренных углов для первого и второго датчиков в паре судят о разности их положений. Измерения повторяют последовательно для всех пар датчиков измерительной системы, в которых второй датчик в паре является первым для последующей пары, и таким образом последовательно определяют положения всех оптических датчиков в системе датчиков измерительного устройства, причем положения всех оптических датчиков определяют относительно первого датчика измерительного устройства. Второй вариант реализации способа отличается тем, что положение изображения, измеренного первым датчиком в паре, корректируют с учетом точно измеренного угла наклона поверхности эталонного объекта. Технический результат – повышение точности определения положения датчиков в измерительной системе и, как следствие, возможность учета этого положения при формировании полного профиля объекта из частей, измеренных всеми датчиками измерительной системы. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ однопозиционного определения угловых координат заключается в применении в качестве фотоприемного устройства матричного фотоприемника, осуществляющего прием суммарного излучения сигнальной волны и волны гетеродина. В результате суперпозиции сигнальной волны и волны гетеродина на поверхности МФП формируется изображение в виде интерференционных полос. По ширине интерференционных полос и угла их наклона определяют угловые координаты источника лазерного излучения. Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения направления на источник лазерного излучения. 2 ил.

Изобретение относится к области метрологии тонких пленок. Способ определения толщины пленки с помощью интерферометрии белого света, при котором подложку, содержащую измеряемую пленку, подвергают в интерферометре воздействию белого света с ограниченной когерентностью и измеряют коррелограммы, характеризуется тем, что предварительно подложку, не содержащую измеряемую пленку, подвергают воздействию белого света с ограниченной когерентностью и определяют набор коррелограмм, кроме того, набор коррелограмм определяют для каждого пикселя оптического поля, после чего выделяют нелинейную в зависимости от волнового числа часть фазового спектра, аппроксимируют фазовые спектры известным теоретическим нелинейным спектром фазового сдвига, вызванного пленкой, определяя локальную толщину пленки как параметр наилучшей аппроксимации, получают в результате набор толщин пленки и положений ее подложки, по результатам которого строятся карты топографии поверхности и толщины пленки, причем нелинейный фазовый спектр объектной коррелограммы поверхности, содержащей пленку, корректируют путем вычитания нелинейного фазового спектра опорной коррелограммы. Технический результат заключается в снижении нижней границы диапазона толщин измеряемых тонких пленок и повышении помехозащищенности способа. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство предназначено для исследования упругопластических и прочностных свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках. Двухканальная интерферометрическая система состоит из источника одномодового когерентного излучения, исследуемого образца, узла разделения отраженного от исследуемого образца излучения, двух независимых оптических интерферометров, построенных по схеме двухплечевого интерферометра VISAR, и системы регистрации. Излучение в оптические интерферометры поступает по единому оптическому волокну с одной точки поверхности исследуемого образца. Деление излучения в оптические интерферометры осуществляется узлом разделения, в состав которого входит телескоп, поляризационный светоделитель и два ротатора. Плечи интерферометров образуются неполяризационным светоделителем и двумя зеркалами с многослойным диэлектрическим напылением. Оптические интерферометры имеют независимые чувствительности (постоянные VPF1 и VPF2). Технический результат заключается в создании двухканальной интерферометрической системы, позволяющей подбирать постоянные интерферометров и необходимое отношение VPF1/VPF2 под условия эксперимента для однозначного восстановления профилей скорости за счет использования двух независимых каналов, обрабатывающих идентичные данные с доплеровским сдвигом частоты и эффективно использующих отраженное лазерное излучение. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам управления фазовым сдвигом между двумя когерентными монохроматическими световыми волнами в лазерных измерительных информационных системах. В способе управления фазовым сдвигом в интерференционных системах, включающем формирование когерентного монохроматического излучения посредством лазерного источника, его разделение на опорный и предметный световые пучки посредством коллимационной системы, их направление на объект измерения и опорную поверхность с формированием в них фазового сдвига Δϕ, предназначенного для интерпретации интерференционной картины при их отражении на фотоприемнике, фазовый сдвиг опорного и предметного световых пучков формируют за счет их брэгговской дифракции на одинаковые по номеру и знаку порядки путем пропускания на участке между коллимационной системой и опорной поверхностью и объектом измерения соответственно через идентичные акустооптические модуляторы, на которые подают опорные колебания U1 и U2 от общего генератора так, что U1=U0 cos[2π f×t+Δϕ] и U2=U0 cos[2π f×t], где U0 - амплитуда опорных колебаний; f - частота опорных колебаний акустооптических модуляторов; t - время осуществления опорных колебаний, при этом возможна подача опорных колебаний U1 на акустооптический модулятор, через который проходит предметный световой пучок, а опорных колебаний U2 - на акустооптический модулятор, через который проходит опорный световой пучок, или наоборот. Технический результат - повышение надежности за счет повышения точности и помехоустойчивости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений. Интерферометр содержит лазерный осветитель, вогнутое сферическое зеркало с центральным соосно осветителю отверстием, светоделительный элемент в виде куб-призмы с полупрозрачной гипотенузной гранью. На первой плоской грани куб-призмы выполнено микросферическое - вогнутое либо выпуклое - зеркало, центр которого располагается на оптической оси интерферометра. Технический результат состоит в уменьшении габаритных размеров интерферометра, увеличении числовой апертуры и повышении качества выходящего волнового фронта, расширении диапазона использования. 3 ил., 2 табл.

Наверх