Двухлучевой интерферометр



Двухлучевой интерферометр
Двухлучевой интерферометр
Двухлучевой интерферометр
Двухлучевой интерферометр
Двухлучевой интерферометр

 


Владельцы патента RU 2626062:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) (RU)

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.

 

Заявляемое изобретение относится к оптической голографии и предназначено для формирования периодических интерференционных картин, которые применяются, например, для записи голографических дифракционных решеток, создания периодических структур различной размерности (одно-, двух- и трехмерных), реализации Фурье-спектрометров, используемых в спектральном анализе, для создания брэгговских зеркал и селекторов в волоконных лазерах, для целей кодирования и декодирования информации, в фотолитографии и в других областях.

Известно техническое решение, реализуемое в изготовлении оптической дифракционной решетки с переменной пространственной частотой (Патент DE 1285763 «Verfahren zur Herstellung optischer Beugungsgitter», МПК G02B 5/18, G02B 5/32, опубликовано 19.12.1968), в котором коллимированный световой пучок направляют на полупрозрачное зеркало, расщепляющее этот пучок на два парциальных световых пучка, на пути прошедшего через полупрозрачное зеркало парциального светового пучка устанавливают второе зеркало; оба зеркала ориентируют таким образом, чтобы отраженные от них парциальные световые пучки пересекались на фотопластинке и интерферировали на ней, образуя на фоточувствительном слое эквидистантные полосы. Изменение пространственной частоты полос производят изменением угла схождения парциальных пучков путем поворота зеркал.

Недостатками известного технического решения являются неустранимая разность длин оптических путей парциальных световых пучков, что требует высокую временную когерентность коллимированного светового пучка, высокая чувствительность к вибрациям, обусловленная наличием двух юстируемых зеркал.

Известно техническое решение, реализуемое в изготовлении трехмерной дифракционной решетки (Патент US 3507564, «Method of making a tree-dimensional diffraction grating», МПК G02B 5/18, опубликовано 21.04.1970), состоящее в том, что коллимированный пучок монохроматического света направляют на наклонную светоделительную пластину, расщепляющую этот пучок на проходящий и отраженный парциальные световые пучки, на пути этих пучков устанавливают два зеркала, направляющие их к блоку из фоточувствительного материала, где парциальные световые пучки пересекаются, формируя внутри этого блока эквидистантные интерференционные полосы. Интервал между полосами варьируют путем изменения угла схождения парциальных световых пучков, вращая два зеркала во взаимно противоположных направлениях вокруг осей, перпендикулярных плоскости падения. При изменении угла схождения положение блока корректируют так, чтобы парциальные световые пучки вновь пересекались внутри него.

Недостатками известного технического решения являются то, что угол схождения задают путем взаимно независимой юстировки двух зеркал, дополнительно производят выравнивание длин оптических путей парциальных световых пучков, блок из фоточувствительного материала перемещают согласованно с изменением угла схождения. В итоге для данного технического решения характерна сложность в эксплуатации. Кроме того, наличие юстируемых зеркал повышает чувствительность интерферометра к вибрациям.

Известно техническое решение, представленное в двухлучевом интерферометре, описанное в работе [Шелковников В.В., Васильев Е.В., Герасимова Т.Н., Пен Е.Ф., Плеханов А.И. Динамика импульсной записи голографических дифракционных решеток в фотополимерном материале. Оптика и спектроскопия, т. 99, №5, с. 838-847 (2005)] и весьма широко используемое на практике. Он содержит последовательно расположенные по ходу луча источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, разделяющий коллимированный световой пучок на два парциальных, два зеркала, которые отражают падающие на них парциальные световые пучки по направлению друг к другу под заданным углом схождения, и светочувствительный элемент. Угол схождения изменяется путем взаимно независимой юстировки каждого из двух зеркал, причем изменение этого угла сопровождается перемещением области взаимного перекрытия парциальных световых пучков. Светочувствительный элемент совмещается с упомянутой областью перекрытия, при переходе от одного значения угла схождения к другому светочувствительный элемент переустанавливается так, чтобы он совместился с новым положением области перекрытия парциальных световых пучков. При варьировании угла схождения происходит неконтролируемое изменение длины оптических путей этих пучков, поэтому дополнительно выполняется ряд измерительных и юстировочных операций по выравниванию упомянутых длин. В итоге каждое изменение угла схождения сопровождается юстировочными и измерительными работами, что усложняет эксплуатацию интерферометра и делает невозможной непрерывную перестройку угла схождения, вместе с тем наличие юстируемых зеркал повышает чувствительность интерферометра к вибрациям.

Недостатками известного технического решения является высокая чувствительность интерферометра к вибрациям, а также сложность в эксплуатации.

Известно техническое решение, реализуемое в дифракционной решетке с варьируемым периодом (Микерин С.Л., Угожаев В.Д. Перестраиваемый голографический интерферометр с неподвижными зеркалами, АВТОМЕТРИЯ, т. 48, №4, сс. 20-32), выбранное в качестве прототипа. Техническое решение осуществляется путем расщепления светоделительным элементом коллимированного светового пучка на два парциальных световых пучка и последующего сведения этих пучков с помощью двух зеркал на светочувствительном элементе под изменяемым углом схождения. В качестве светоделительного элемента в данном случае используют светоделительный кубик. Он состоит из двух прозрачных 90-градусных призм, называемых первой и второй, причем на гипотенузной поверхности одной из них наносится светоделительное зеркало. Эти призмы жестко соединяют между собой по их гипотенузным поверхностям таким образом, чтобы две другие их плоские поверхности, обращенные к светочувствительному элементу и называемые выходными, располагались зеркально-симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала, для чего ребра их 45-градусных углов, обращенные к регистрирующему элементу, точно совмещают.

Коллимированный световой пучок направляют на входную поверхность светоделительного кубика так, чтобы после преломления на ней этот пучок падал на светоделительное зеркало и разделялся им на два парциальных световых пучка, прошедший через светоделительное зеркало парциальный световой пучок проходил через выходную поверхность первой призмы, а отраженный от светоделительного зеркала парциальный световой пучок проходил через выходную поверхность второй призмы. Два зеркала устанавливают неподвижно и зеркально-симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала на пути вышедших парциальных световых пучков, благодаря чему и сами эти парциальные световые пучки, и область их перекрытия также оказываются зеркально-симметричными относительно указанной плоскости.

Светочувствительный элемент помещают в область перекрытия парциальных световых пучков с возможностью перемещения, угол схождения этих пучков задают изменением угла падения коллимированного светового пучка на входную поверхность светоделительного кубика. Для изменения угла схождения светоделительный кубик, два зеркала и регистрирующий элемент вращают совместно вокруг оси, перпендикулярной плоскости падения коллимированного светового пучка на упомянутую входную поверхность, саму ось располагают вблизи входной поверхности светоделительного кубика так, чтобы минимизировать сужение его зрачка вдоль плоскости падения. Светочувствительный элемент перемещают вдоль плоскости светоделительного зеркала для совмещения его с областью перекрытия парциальных световых пучков, которая перемещается вдоль этой плоскости при изменении угла схождения. В техническом решении угол схождения парциальных световых пучков изменяют посредством упомянутого вращения, без использования для этой цели юстировочных узлов, чем можно повысить виброустойчивость интерферометра. Одновременно выполняется точное равенство оптических длин парциальных световых пучков по их осям на пути от точки их образования на светоделительном зеркале до точки их пересечения во всем диапазоне изменения угла схождения. Вместе с тем изменение угла схождения делает необходимым перемещать светочувствительный элемент, что понижает виброустойчивость этого интерферометра.

Недостатками известного технического решения является низкая виброустойчивость, в связи с подвижностью светочувствительного элемента.

Перед авторами ставилась задача разработать двухлучевой интерферометр, имеющий более простую конструкцию.

Поставленная задача решается тем, что двухлучевой интерферометр, включающий в себя источник коллимированного светового пучка, основание с осью вращения и с закрепленными на нем светоделительным элементом со светоделительным зеркалом, разделяющим коллимированный световой пучок на два парциальных световых пучка, первым неподвижным зеркалом, вторым неподвижным зеркалом, светочувствительным элементом и оптически связанными с источником коллимированного светового пучка, датчик углового перемещения, привод вращательного движения, обеспечивающий вращательное движение основания с осью вращения вокруг этой оси, блок управления, дополнительно оснащен оправой, с возможностью закрепления светочувствительного элемента неподвижно, а ось вращения основания выполнена расположенной за светоделительным элементом по ходу парциальных световых пучков в позиции, обеспечивающей согласование вращательного движения и перемещения коллимированного светового пучка по светоделительному зеркалу светоделительного элемента, а блок управления выполнен формирующим управляющие сигналы для привода вращательного движения по формуле

где М - расстояние от позиции коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале светоделительного элемента до края этого светоделительного зеркала, ближнего к светочувствительному элементу, Н - расстояние между первым неподвижным зеркалом и вторым неподвижным зеркалом, G - длина светоделительного зеркала светоделительного элемента по ходу коллимированного светового пучка и парциальных световых пучков, - расстояние от светочувствительного элемента до ближайшего к нему края светоделительного зеркала светоделительного элемента, ξ - угол наклона первого неподвижного зеркала и второго неподвижного зеркала к плоскости светоделительного зеркала светоделительного элемента, χ - угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало светоделительного элемента, α - половинный угол схождения парциальных световых пучков, при этом светоделительный элемент со светоделительным зеркалом выполнен с выходными гранями светоделительного элемента, симметричными относительно плоскости этого светоделительного зеркала, далее первое неподвижное зеркало и второе неподвижное зеркало выполнены расположенными взаимно симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала.

Технический эффект заявляемого устройства заключается в повышении виброустойчивости и упрощении конструкции устройства, а также в расширении арсенала средств данного назначения.

На фиг. 1 представлена схема двухлучевого интерферометра, где 1 - источник коллимированного светового пучка, 2 - коллимированный световой пучок, 3 - светоделительный элемент, 4 - светоделительное зеркало, 5 - первый парциальный световой пучок, 6 - второй парциальный световой пучок, 7 - первое неподвижное зеркало, 8 - второе неподвижное зеркало, 9 - светочувствительный элемент, 10 - основание, 11 - ось вращения, 12 - датчик углового перемещения, 13 - направление вращения, 14 - привод вращательного движения, 15 - блок управления.

На фиг. 2 представлен график зависимостей половинного угла схождения парциальных световых пучков от угла падения θ0 коллимированного светового пучка в его базовом положении, соответствующем экстремальному расстоянию от края светоделительного зеркала, ближнего к светочувствительному элементу, до точки пересечения осей парциальных световых пучков, на входную поверхность светоделительного элемента при угле ξ=10° для трех значений расстояния Н в схеме двухлучевого интерферометра, где 16 - половинный угол схождения α0 для коллимированного светового пучка в его базовом положении, 17 - нижнее α1 граничное значение половинного угла схождения при H=G, 18 - верхнее α2 граничное значение половинного угла схождения при H=G, 19 - нижнее α1 граничное значение половинного угла схождения при , 20 - верхнее α2 граничное значение половинного угла схождения при , 21 - нижнее α1 граничное значение половинного угла схождения при , 22 - верхнее α2 граничное значение половинного угла схождения при , 23 - диапазон перестройки Δα=α21 половинного угла схождения при Н=G, 24 - диапазон перестройки Δα=α21 половинного угла схождения при , 25 - диапазон перестройки Δα=α21 половинного угла схождения при .

Заявляемый двухлучевой интерферометр работает следующим образом. Двухлучевой интерферометр включает в себя источник коллимированного светового пучка 1, основание 10 с осью вращения 11, на котором установлены светоделительный элемент 3 со светоделительным зеркалом 4, первое неподвижное зеркало 7, второе неподвижное зеркало 8, светочувствительный элемент 9, оптически связанные с источником коллимированного светового пучка 1. В качестве светоделительного элемента 3 используется для примера светоделительный кубик, составленный из двух 90-градусных призм, плотно соединенных своими плоскими гипотенузными поверхностями, образующими его диагональную поверхность C1С2. На гипотенузной поверхности одной из 90-градусных призм предварительно наносится светоделительное зеркало 4, которое в результате оказывается расположенным внутри светоделительного кубика. Благодаря его зеркальной симметрии относительно диагональной поверхности С1С2, на которой расположено встроенное в него светоделительное зеркало 4, выходные поверхности С2С3 и С2С4 располагаются зеркально-симметрично относительно этого светоделительного зеркала 4. Так же взаимно симметрично устанавливаются первое неподвижное зеркало 7 и второе неподвижное зеркало 8. Поэтому плоскость светоделительного зеркала 4 является плоскостью зеркальной симметрии заявляемого двухлучевого интерферометра (далее плоскость симметрии), включающего в себя светоделительный элемент 3 со светоделительным зеркалом 4, первое неподвижное зеркало 7 и второе неподвижное зеркало 8. Светочувствительный элемент 9 встроен в оправу с возможностью закрепления светочувствительного элемента неподвижно, которая может быть неподвижно закреплена на основании 10. Светоделительный элемент 3 со светоделительным зеркалом 4, первое неподвижное зеркало 7 и второе неподвижное зеркало 8 также жестко закреплены на основании 10, поэтому они совместно со светочувствительным элементом 9 взаимно неподвижны.

Источник коллимированного светового пучка 1 генерирует коллимированный световой пучок 2 диаметром D, который направляется на входную плоскую поверхность С1С4 светоделительного элемента 3 под углом падения θ на расстоянии Q от края C1 светоделительного зеркала 4, ближнего к источнику коллимированного светового пучка 1, до осевого луча коллимированного светового пучка 2. Далее коллимированный световой пучок 2 входит в светоделительный кубик под углом преломления ψ, падает на светоделительное зеркало 4 в точку F под углом χ на расстоянии М от края C2 светоделительного зеркала 4, ближнего к светочувствительному элементу 9, и разделяется этим светоделительным зеркалом 4 на два парциальных световых пучка 5 и 6. Первый парциальный световой пучок 5 проходит через светоделительное зеркало 4, покидает светоделительный элемент 3 через выходную поверхность С2С3 и направляется к первому неподвижному зеркалу 7, а второй парциальный световой пучок 6 отражается от светоделительного зеркала 4, покидает светоделительный элемент 3 через выходную поверхность С2С4 и направляется ко второму неподвижному зеркалу 8. Первый парциальный световой пучок 5 и второй парциальный световой пучок 6, отразившись от первого неподвижного зеркала 7 и второго неподвижного зеркала 8 соответственно, взаимно пересекаются под углом схождения 2α. Благодаря симметричности двулучевого интерферометра первый парциальный световой пучок 5 и второй парциальный световой пучок 6 также взаимно симметричны относительно плоскости симметрии. Точка O пересечения их осевых лучей, удаленная на расстояние L от края С2 светоделительного зеркала 4, ближнего к светочувствительному элементу 9, лежит на этой плоскости, а их оптические длины по осям на пути от точки образования F на светоделительном зеркале 4 до точки O равны между собой при любом угле схождения. Поэтому область взаимного перекрытия первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6, выделенная на Фиг. 1 серым цветом, в которой формируется периодическая интерференционная картина, обладает такой же симметрией, точка O является ее центром симметрии и характеризуется нулевым порядком интерференции. Светочувствительный элемент 9 помещается внутри этой области перекрытия на расстоянии от края С2 светоделительного зеркала 4.

Основание 10 может вращаться вокруг оси вращения 11 относительно источника коллимированного светового пучка 1 по направлению вращения, показанному стрелкой 13. Ось вращения 11 перпендикулярна плоскости падения этого пучка на светоделительное зеркало 4 и расположена за светоделительным элементом 3 по ходу коллимированного светового пучка 2 и первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6 на расстоянии T от края С2 светоделительного зеркала 4. Эта позиция устанавливается так, чтобы обеспечивалось согласование по определенному закону вращательного движения основания 10 и перемещения коллимированного светового пучка 2 по светоделительному зеркалу 4 светоделительного элемента 3. Вращение основания 10 осуществляется приводом вращательного движения 14, причем управляющие сигналы для этого привода формируются по указанному закону согласования блоком управления 15. Формула, описывающая этот закон согласования, выводится ниже. Положение основания 10 индицируется датчиком углового перемещения 12.

Данное вращение сопровождается изменением угла падения θ и соответствующим изменением угла схождения 2α - таким путем производится перестройка периода Λ интерференционной картины, однозначно связанного с углом схождения формулой Λ=λ/2sinα, где λ - длина волны излучения, генерируемого источником коллимированного светового пучка 1. При условии, что угол падения θ увеличивается при вращении основания 10 с осью вращения по часовой стрелке (см. Фиг. 1), половинный угол схождения α определяется следующей формулой:

На Фиг. 1 показан угол ξ>0 (Следует отметить, что все последующие формулы представлены как функции переменной α, хотя положение коллимированного светового пучка 2 определяется углом падения θ. Это сделано потому, что половинный угол схождения α является как бы конечным продуктом работы интерферометра. Данные параметры связаны простой линейной зависимостью, отражаемой формулой (1), поэтому выбор того или иного параметра по ходу изложения будет определяться соображениями удобства). Используя законы геометрической оптики, можно вывести формулу для расстояния L:

где - расстояние от точки выхода осевого луча первого парциального светового пучка 5 или второго парциального светового пучка 6 до края С2 светоделительного зеркала 4, ψ=arcsin(sinθ/n), n - показатель преломления материала, из которого изготовлен светоделительный элемент 3.

Из (2) следует, что при условии L=const увеличение угла падения θ (и соответственно половинного угла схождения α) сопровождается увеличением расстояния Q, т.е. позиция коллимированного светового пучка 2 на входной поверхности С1С4 перемещается от ребра C1 до ребра С4 светоделительного элемента 3, а его позиция на светоделительном зеркале 4 - от края C1 до края С2. При вращении основания 10 вокруг оси вращения 11, расположенной за светоделительным элементом 3 по ходу первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6, реализуется описанный выше характер обоих перемещений, что указывает на способ согласования изменения параметров θ и Q, характеризующих соответственно вращательное движение основания 10 и перемещение коллимированного светового пучка 2.

Данное согласование осуществляется следующим образом. Для коллимированного светового пучка 2, ориентированного под произвольным углом падения θ0, можно найти такую комбинацию расстояний T=T0 и Q=Q0, для которой зависимость L(θ) согласно (2), обусловленная вращением, представляет собой отрезок гладкой кривой малой кривизны с максимумом L=L0 при θ=θ0, почти симметричной относительно максимума. Положение коллимированного светового пучка 2, характеризуемого параметрами θ0 и Q0, а также рядом других параметров (T0, ψ0, α0, L0, D0) называется базовым. Нижнее θ1 и верхнее θ2 граничные значения угла падения достигаются вращением основания 10 относительно названного базового положения против часовой и по часовой стрелке соответственно и обусловлены касанием коллимированного светового пучка 2 диаметром D0 ближайшего к нему ребра светоделительного элемента 3. Базовое значение α0 и граничные значения α1, α2 половинного угла схождения парциальных световых пучков 5 и 6 находятся по формуле (1):

где i=0, 1, 2.

Значениям θ1 и θ2 соответствуют граничные расстояния L=L1 и L=L2, причем L1, L2<L0. Следовательно, в результате вращения область взаимного перекрытия первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6 испытывает перемещение вдоль плоскости симметрии в интервале ΔL, ограниченном, с одной стороны, граничными расстояниями L1 или Z2 и, с другой стороны, максимальным расстоянием L0, причем данный интервал оказывается во много раз меньшим размера S упомянутой области перекрытия вдоль этой плоскости: ΔL<<S. Светочувствительный элемент 9 помещается внутри интервала ΔL, поэтому выполняется условие . Найти значения длин L0, L1 и L2 можно, преобразуя формулу (2):

где

- расстояние от точки выхода осевого луча первого парциального светового пучка 5 или второго парциального светового пучка 6 до края С2 светоделительного зеркала 4, ψ1=arcsin(sinθi/n).

Чтобы обеспечить выполнение условия ΔL<<S, нужно найти базовые параметры T0, Q0 и D0, а также граничные значения θ1 и θ2 угла падения. Процедура такого поиска состоит в следующем. Из кинематической схемы вращения основания 10 вокруг оси вращения 11 выводится формула, связывающая текущее значение параметра B с базовым расстоянием Т0:

Далее формула (6) подставляется в формулу (2), это выражение дифференцируется и найденная производная dL/dθ приравнивается к нулю при значениях θ=θ0 и ψ=ψ0. Этой операцией находится максимум в зависимости L(θ), характеризуемый параметрами базового положения коллимированного светового пучка 2. Из полученного выражения извлекается формула для базового расстояния Т0:

Подставляя (7) в формулу (6), а затем это результирующее выражение - в (2), можно получить формулу для расстояния L, которое определяет текущее положение точки O при вращении основания 10 вокруг оси вращения 11 относительно базового положения коллимированного светового пучка 2. Таким же путем находятся граничные расстояния L1 и L2, используя формулу (4).

Базовый диаметр D0 коллимированного светового пучка 2 находится из граничных условий, которые обусловлены касанием этого пучка ребер светоделительного элемента 3 - C1 (на нижней границе θ1):

или С4 (на верхней границе θ2):

где граничные расстояния Q1 и Q2 получаются из формулы (5), в ней расстояния B1 или B2 определяются формулой (6) с заменой величин ψ и α на ψ1 и α1 или ψ2 и α2 соответственно. Из равенств (8) и (9) путем исключения D0 выводится уравнение

с тремя неизвестными: θ1, θ2 и Q0, последняя из них содержится в формулах для Q1 и Q2. Еще два уравнения можно вывести, сопоставляя базовое расстояние L0, определяемое формулой (4), и граничные расстояния L1, L2 с расстоянием от края С2 светоделительного зеркала 4 до светочувствительного элемента 9, для чего составляются формулы для трех смещений точки O относительно этого элемента в базовом и граничных положениях коллимированного светового пучка 2:

Условие малости этих смещений δLi по сравнению с размером S упомянутой области перекрытия вдоль плоскости симметрии вводится посредством предельного относительного допуска 0<η<<1 для данного размера. Формулу для S можно написать, пользуясь видом интерференционной картины на фиг. 1:

С учетом неравенств , отражающих предписанную выше позицию светочувствительного элемента 9, можно выразить смещения δLi, через параметры S и η:

В формуле (13) учтено то обстоятельство, что относительный допуск η определяет величину смещения δL только в максимуме зависимости δL(θ) и на ее границах, то есть δLi=ηSi. Для всех промежуточных значений угла падения θ смещение δL<ηS. Если исключить расстояния из равенств (11) путем составления разностей δL0-δL1=L0-L1 и δL0-δL2=δL0-L2 и затем подставить в них соотношения для смещений δLi из формул (13) и выражения для D0 из формул (8) и (9), то можно получить еще два уравнения:

в дополнение к уравнению (10). Численное решение системы уравнений (10), (14) и (15) дает значения трех неизвестных параметров: θ1, θ2 и Q0, характеризующих перестройку периода интерференционной картины при заданном базовом угле падения θ0. Найденные параметры обеспечивают смещение центра симметрии (точки О) интерференционной картины относительно светочувствительного элемента 9, не превышающее текущего значения ηS во всем диапазоне изменения половинного угла схождения первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6 от нижнего граничного значения α1 до верхнего α2. Базовый диаметр D0 коллимированного светового пучка 2 находится по формулам (8) или (9), а базовое расстояние Т0 от края C2 светоделительного зеркала 4 до оси вращения 11 - по формуле (7).

На фиг. 2 представлены зависимости значений половинного угла схождения α0, α1 и α2, а также ширины Δα диапазона изменения этого угла от базового угла падения θ0 при η=0,05 для трех значений расстояния H между первым неподвижным зеркалом 7 и вторым неподвижным зеркалом 8. Видно, что α1 и α2, располагаются приблизительно симметрично относительно α0, а Δα увеличивается с ростом θ0, одновременно кривая Δα(θ0) опускается на графике с увеличением Н, другими словами, диапазон изменения α сужается. Этот диапазон может превышать 20°, если Н=G и θ0≈0. Каждому значению θ0 соответствует уникальный набор параметров Q0, Т0 и D0.

Из выражения (2) можно вывести формулу, по которой блок управления 14 формирует управляющие сигналы для привода вращательного движения 14:

чем обеспечивается согласование вращательного движения основания 10 вокруг оси вращения 11, отображаемого в формуле (15) половинным углом схождения а первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6, и перемещения коллимированного светового пучка 2 по входной поверхности С1С4 светоделительного элемента 3, отображаемого в формуле (16) расстоянием Q от края C1 светоделительного зеркала 4, ближнего к источнику коллимированного светового пучка 1, до точки входа осевого луча коллимированного светового пучка 2 в светоделительный элемент 3.

В привязке этого согласования к светоделительному зеркалу 4 упомянутое вращательное движение отображается на фиг. 1 углом падения χ коллимированного светового пучка 2 на светоделительное зеркало 4, а перемещение по нему данного пучка отображается расстоянием М от края С2 этого зеркала, ближнего к светочувствительному элементу 9, до точки F падения на него осевого луча коллимированного светового пучка 2. Из треугольника со сторонами М, В и отрезком оси какого-либо парциального пучка, например первого парциального светового пучка 5, соединяющим точку F и точку выхода оси данного пучка из светоделительного элемента 3, можно вывести формулу для расстояния М как функцию переменной α:

С учетом равенства ψ=45°-χ получается искомая формула, описывающая согласование двух движений:

где М - расстояние от позиции коллимированного светового пучка 2 на светоделительном зеркале 4 светоделительного элемента 3 до края этого светоделительного зеркала 4, ближнего к светочувствительному элементу 9, Н - расстояние между первым неподвижным зеркалом 7 и вторым неподвижным зеркалом 8, G - длина светоделительного зеркала 4 светоделительного элемента 3 по ходу коллимированного светового пучка 2 и первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6, - расстояние от светочувствительного элемента 9 до ближайшего к нему края светоделительного зеркала 4 светоделительного элемента 3, ξ - угол наклона первого неподвижного зеркала 7 и второго неподвижного зеркала 8 к плоскости светоделительного зеркала 4 светоделительного элемента 3, χ - угол падения коллимированного светового пучка 2 на светоделительное зеркало 4 светоделительного элемента 3, α - половинный угол схождения первого парциального светового пучка 5 и второго парциального светового пучка 6.

Угол χ может быть выражен через половинный угол схождения α следующей формулой:

Технический эффект заявляемого устройства, заключающийся в повышении виброустойчивости и упрощении конструкции устройства, а также в расширении арсенала средств данного назначения, достигается за счет того, что ось вращения основания выполнена расположенной за светоделительным элементом по ходу парциальных световых пучков в позиции, обеспечивающей согласование вращательного движения и перемещения коллимированного светового пучка по светоделительному зеркалу светоделительного элемента по формуле (18) в соответствии с управляющими сигналами для привода вращательного движения, формируемыми блоком управления.

1. Двухлучевой интерферометр, включающий в себя источник коллимированного светового пучка, основание с осью вращения и с закрепленными на нем светоделительным элементом со светоделительным зеркалом, разделяющим коллимированный световой пучок на два парциальных световых пучка, первым неподвижным зеркалом, вторым неподвижным зеркалом, светочувствительным элементом и оптически связанными с источником коллимированного светового пучка, датчик углового перемещения, привод вращательного движения, обеспечивающий вращательное движение основания с осью вращения вокруг этой оси, блок управления, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен оправой, с возможностью закрепления светочувствительного элемента неподвижно, а ось вращения основания выполнена расположенной за светоделительным элементом по ходу парциальных световых пучков в позиции, обеспечивающей согласование вращательного движения и перемещения коллимированного светового пучка по светоделительному зеркалу светоделительного элемента, а блок управления выполнен формирующим управляющие сигналы для привода вращательного движения по формуле

где М - расстояние от позиции коллимированного светового пучка на светоделительном зеркале светоделительного элемента до края этого светоделительного зеркала, ближнего к светочувствительному элементу, Н - расстояние между первым неподвижным зеркалом и вторым неподвижным зеркалом, G - длина светоделительного зеркала светоделительного элемента по ходу коллимированного светового пучка и парциальных световых пучков, - расстояние от светочувствительного элемента до ближайшего к нему края светоделительного зеркала светоделительного элемента, ξ - угол наклона первого неподвижного зеркала и второго неподвижного зеркала к плоскости светоделительного зеркала светоделительного элемента, χ - угол падения коллимированного светового пучка на светоделительное зеркало светоделительного элемента, α - половинный угол схождения парциальных световых пучков.

2. Двухлучевой интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что светоделительный элемент со светоделительным зеркалом выполнен с выходными гранями светоделительного элемента, симметричными относительно плоскости этого светоделительного зеркала.

3. Двухлучевой интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что первое неподвижное зеркало и второе неподвижное зеркало выполнены расположенными взаимно симметрично относительно плоскости светоделительного зеркала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптике, а именно к дифракционному устройству, имеющему нарезную решетку с отражательной поверхностью, и может быть использовано, преимущественно, в качестве оптического элемента в мощных лазерных системах для селективного усиления генерируемого излучения.

Способ изготовления дифракционной решетки включает в себя вакуумное нанесение алюминиевого покрытия и формирование штрихов треугольного микропрофиля алмазным резцом делительной машины.

Система для проецирования одного или нескольких синтетических оптических изображений включает одну или несколько структур пиктограмм изображений; и одну или несколько полностью включенных структур фокусирующих элементов пиктограмм изображений.

Способ изготовления дифракционных оптических элементов включает в себя лазерную обработку тонкопленочных слоев металла, напыленных на подложку из прозрачного материала.

Изобретение относится к устройствам дифракционных периодических микроструктур для видимого диапазона, выполненным на основе пористого кремния. Техническим результатом изобретения является создание дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния с различными металлосодержащими наночастицами.

Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ.

Способ получения цветного изображения с помощью дифракционной решетки при воздействии света включает в себя создание на поверхности твердого тела массива дифракционной решетки в течение процесса микроструктурирования посредством воздействия лазера.

Устройство задней подсветки содержит источник света, коллиматор, расширитель пучка, один дефлектор пучка, волновод с элементом ввода и элементом вывода. Источник света выполнен в виде лазера.

Сканирующий дифракционный полихроматор содержит входную щель, вогнутую дифракционную решетку, вогнутое сферическое зеркало и многоэлементный приемник излучения.

Элемент отображения содержит слои и множество пикселов. При этом множество пикселов содержит слой формирования рельефной структуры, включающий в себя первую область, сформированную посредством множества углублений или выступов и включающую в себя, по меньшей мере, одну подобласть, выполненную с возможностью отображать цвет, и вторую область.

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.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при создании волоконно-оптических интерферометрических датчиков для регистрации фазовых сигналов (вибраций, акустических воздействий).

Изобретение относится к области интерференционной оптики и может быть использовано для определения рельефа поверхности на основе фазового изображения, например, в интерференционных микроскопах.

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.

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.

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.
Наверх