Способ развязки лазера и интерферометра

 

-И СА Н о и е

ИЗОБРЕТЕНИЯ i ii7S4457 ьоюз Йоветскик

Соцналнстнчесннх

Республнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.04.79 (21) 2760213/18-25 (51) М. Кл.а

С 01В 9/02 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.07.82. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 30.07.82

СССР ло делам нэобретеннй н открытий (53) УДК 535.411 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. А. Алешин и М. Н. Дубров

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (54) СПОСОБ РАЗВЯЗКИ ЛАЗЕРА

И ИНТЕРФЕРОМЕТРА

Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано в лазерных интерферометрах, предназначенных для точного измерения размеров, углов, расстояний, перемещений и деформаций в метрологии, машиностроении, геодезии и геофизике, На работу лазерных интерферометров заметное мешающее воздействие оказывают паразитные отражения и блики, которые неизбежно возникают на оптических элементах интерферометра.

Известен способ развязки лазера и интерферометра (1), заключающийся в пространственном разделении лазерного пучка, поступающего в интерферометр и всех отраженных пучков, . возвращающихся от интерферометра в резонатор лазера.

Наиболее близким техническим решением можно считать способ развязки лазера и шггерферометра (2), основанный на ослаблении возвращающегося от иптерферометра в лазер излучения, состоящий в том, ITQ линейно поляризоваппое излучение лазера, поступающее в интерферометр, преобразуется в излучение с круговой поляризацией. Паразитпые отражения и блоки, возвращающиеся от интерферометра к лазеру, задерживают с помощью комбинации двулучепреломляющпх оптпчсских элементов между лазером и интерферометром.

Недостатком описанного способа развязки лазера и интерферометра является

5 неполное ослабление мощности излучения возвращающегося в резонатор лазера, так как преобразование линейно поляризованного света в излучение с круговой поляризацией и наоборот обычно сопровождается

10 появлением эллиптической поляризации.

Целью изобретения является повышение точности интерференционных измерений за счет увеличения степени развязки лазера и интерферометр а.

15 Для достижения этой цели в способе развязки лазера и интерферометра при интерференционных измерениях, основанном на ослаблении возвращающегося от интерферометра в лазер излучения, изменяют

20 длину оптического пути между лазером и интерферометром, при этом регистрируют амплитуду колебаний интерференционной картины и оценивают погрешность пптсрферометра, затем одновременно модулпру25 ют излучение лазера и плавно изменяют глубину модуляции и длину оптического пути между лазером и интерферометром до получения минимального значения погрешности интерферометра. Прп этом модуля30 цию лазерного излучения моя но осуществ784457

2-. (3) 3 лять по фазе или частоте, а после достижения минимальной амплитуды колебаний интерференционной картины длину оптического пути между лазером и интерферометром поддерживают постоянной.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2 — график зависимости коэффициента Фурье от индекса модуляции для различных форм модуляции.

Устройство состоит из лазера 1, интерферометра 2, фазового модулятора 3, генератора 4 переменного напряжения с регулятором 5 амплитуды колебаний генератора, источником 6, постоянного напряжения с регулятором 7 напряжения и ключей 8, 9 и 10.

Развязку лазера и интерферометра осуществляют следующим образом.

Подключают источник 6 постоянногонапряжения к модулятору 3, изменяют регулятором 7 расстояние между лазером и интерферометром, при этом регистрируют амплитуду колебаний интерферометрической картины при неизменном расстоянии между его элементами. Указанные колебания вызываются периодическими изменениями частоты излучения лазера вследствие ее затягивания внешним резонатором, образованным зеркалами лазера и интерферометром. Затем с помощью ключей 8 и 9 на модулятор 3 подается переменное напряжение, амплитуду которого можно регулировать. Поле волны, прошедшей через фазовый модулятор 3 в прямом направлении, можно записать в виде

E(t) = Е, сов /+ m(D(Qt)J, (1 где а — частота излучения лазера, 2 частота модулирующего c»гнала, 6)(Qt) — его форма, т — глубина (индекс) модуляции.

Если частота модуляции мала по сравнению с величиной, обратной времени задержки оптического сигнала в иптерферометре (т. е. если Я«1,5 мГц для интерферометров длиной до 100 м), то поле, прошедшее через модулятор в обратном направлении и возвратившееся в резонатор

Е (t) = Е, cos (в + 2тФ(Ю) + ф), (2) где ф — дополнительный фазовый побег луча в интерферометре и в пространстве между лазером и интерферометром. Поле (2) кроме основной частоты ь содержит ряд боковых частот; при частоте Q большей полосы регистрации интерферометра или системы АПЧ лазера эти боковые частоты не будут влиять на работу лазерного интерферометра. Помехи будут вызываться только гармоникой поля (2) на частоте излучения лазера о. Амплитуда этой гармоники определяется соответствующим ко10

"5

05 эффпцпептом Фурье, который выражается интегралом вида

На фиг. 2 представлена зависимость коэффициентов (3) от индекса т для разных видов фазовой модуляции: кривая 11 для сипусоидальной формы, кривая 2 для прямоугольной и кривая 3 для треугольной или пилообразной модуляции. Важной особенностью кривых 11, 12 и 13 является наличие некоторых оптимальных значений глубины модуляции т, при которых В(т) обращается в ноль, а значит осуществляется полная развязка лазера и интерферометра.

Эти значения m соответствуют «перекачке» мощности основной оптической частоты в боковые составляющие. Приведенный выше анализ, естественно, в равной мере применим при работе лазера 1 также и в режиме генерации нескольких оптических частот. После достижения минимальной связи между лазером и интерферометром 2 ключи 9 и 10 отключают и приступают непосредственно к иптерферепциопным измерениям.

Можно предложить и другис примеры реализации описанного способа развязки лазера и иптерферометра. В схеме па фиг. 1 вместо фазового модулятора можно использовать акустооптический кристалл или ячейку и выполнить частотную модуляцию лазерного излучения.

Применение данного способа развязки лазера и интерферометра позволяет повысить точность измерений не менее, чем в 10 раз.

Формула изобретения

1. Способ развязки лазера и интерферометра при иптерференционпых измерениях, основанный на ослаблении возвращающегося от иптерферометра в лазер излучения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности интерференционных измерений, изменяют длину оптического пути между лазером и интерферометром, при этом регистрируют амплитуду колебаний интерференционной картины и оценивают погрешность интерферометра, затем одновременно модулируют излучение лазера и плавно изменяют глубину модуляции идлипу оптического пути между лазером и интерферометром до получения минимальной погрешности иптерферометра, после чего длину оптического пути между лазером и интерферометром поддерживают постоянной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модулируют фазу излучения лазераа.

784457

"1. /

И(т)/

О, 15

00,05

?О

50 с. 0,У0 щ

Корректор Е. Михеева

Техред А. Камь|шникдва

Редактор П. Горькова

Заказ 1023/17 Изд. № 186 Тираж 624 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам нзобрете1нш п открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 б

3. Способ по п. 1, отл ич а1ощий ся тем, что модулиругот частоту излучения лазера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Примспепис лазеров. Перевод с англ. под ред. В. П. Тычинского. М., «Мир», 1974, с, 110 — 112.

2. Патент США № 3601491, МКИ 856—

5 106, 1971.