СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФАБРИ - ПЕРО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01J3/26 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано в интерферометрии, спектроскопии, лазерной технике, оптическом производстве.

Для юстировки интерферометров Фабри-Перо (ИФП), состоящих из двух светоделительных пластин, применяется способ, основанный на визуальном контроле интерференционных колец равного наклона. Юстировка, т.е. установка параллельности отражающих поверхностей пластин ИФП, считается удовлетворительной, если обеспечивается постоянство диаметров колец при перемещении глаза наблюдателя в перпендикулярных к оптической оси направлениях.

Известен способ юстировки ИФП с помощью колец равного наклона, получаемых с использованием лазерного (точечного) источника света, в котором непараллельность пластин ИФП определяется по величине смещения центра колец от оптической оси системы регистрации.

Минимальное изменение базы в пределах апертуры интерферометра, которое может быть обнаружено первым способом, составляет λ/(20...30), чувствительность второго способа оценивается в несколько угл.сек. Такая точность является недостаточной во многих случаях. Кроме того, визуальные наблюдения интерференционной картины утомительны и не исключают грубых ошибок из-за субьективности оценок оператора.

Модификацией первого способа является способ фотографической регистрации системы интерференционных колец, получаемых с помощью фасеточной линзы, представляющей собой набор большого числа идентичных линз. Каждая линза позволяет контролировать "свой" небольшой участок поверхности интерферометра. Изменения в толщине промежутка между пластинами определяются по вариациям диаметра центрального интерференционного пятна. Этим способом контролируются отклонения, меньшие чем λ/100. В качестве недостатков этого способа, следует отметить сложность изготовления фасеточной линзы, низкую эффективность его для ИФП с малой апертурой, он требует длительного времени на получение и обработку интерферограмм, т.е. обладает низкой оперативностью.

Наиболее близким известным техническим решением является способ контроля юстировки, основанный на измерении пропускания различных участков ИФП при освещении его коллимированным (параллельным) пучком света. В этом способе используется определяемая формулой Эйри связь между светопропусканием интерферометра и расстоянием между пластинами в каждой точке апертуры ИФП. Оптическая система, реализующая данный способ, включает спектральную лампу - источник квазимонохроматического света, коллимирующую и собирающую линзы, юстируемый интерферометр, сканируемую по апертуре пучка света диафрагму и фотоприемник, расположенный в фокусе собирающей линзы. Усиленный сигнал с фотоприемника регистрируется с помощью самописца.

Недостатком способа является сложность устройства, осуществляющего сканирование диафрагмы, в котором движение диафрагмы задается по направляющей в виде ласточкина хвоста с помощью привода, управляемого синхронным реверсивным двигателем, крайне низкая скорость сканирования, равная ≈ 18 мм/мин неудобное для анализа представления информации с помощью самописца, что делает процесс юстировки трудоемким и неоперативным, отягощенным субъективными погрешностями, снижающими потенциальные возможности способа.

Целью изобретения является повышение оперативности и снижение трудоемкости юстировки ИФП.

Это достигается тем, что узкий коллимированный пучок квазимонохроматического света диаметром, составляющим не более 0,2 от диаметра апертуры юстируемого ИФП, сканируют в плоскости, проходящей через центр интерферометра, с сохранением постоянства угла падения и по перепаду интенсивности пучка в крайних точках сканирования регулируют параллельность пластин ИФП в направлении сканирования. Для задания указанного характера движения пучка используется пьезодефлектор-зеркало, управляемое пьезоэлектрическими элементами, и специальная оптическая система, состоящая из двух линз. Интенсивность прошедшего ИФП света линейно зависит от базы интерферометра, если используется наклонный участок кривой пропускания Эйри. Выбор рабочего участка осуществляется небольшим наклоном ИФП относительно оптической оси системы, при котором в оптимальном случае коэффициент пропускания в центре ИФП составляет 1/2 от максимального. Если зеркала ИФП параллельны в направлении сканирования, то интенсивность пучка будет постоянной при его сканировании, в противном случае интенсивность пучка будет промодулирована по почти гармоническому закону. Для того, чтобы убедиться в полной юстировке ИФП или добиться ее необходимо дополнительно проанализировать сигнал, снимаемый с фотоприемника, при сканировании пучка света в другом азимутальном направлении. Обычно процесс юстировки следует выполнять последовательно в нескольких, в соответствии с числом регулируемых по толщине опор - разделителей пластин ИФП направлениях, проходящих через центр ИФП и соответствующую опору - разделитель. Благодаря высокой частоте сканирования 100 Гц, которую позволяет обеспечить пьезодефлектор, сигнал с фотоприемника может быть усилен с помощью селективного синхронного усилителя, реализующего наибольшее отношение сигнал/шум по сравнению с другими возможными способами обработки сигналов, и выведен на удобный для восприятия информации регистрирующий прибор (квадратичный детектор или осциллограф).

Тем самым достигается высокая оперативность и максимальная возможная чувствительность (точность) юстировки. При этом процессе юстировки отсутствуют трудоемкие операции, связанные с получением и анализом информации.

Способ иллюстрирует чертеж.

Предлагаемый способ реализован следующим образом. Слаборасходящийся пучок света от источника 1 квазимонохроматического излучения проходит диафрагму 2, задающую узкую апертуру пучка, и фокусируется сферической линзой 3 на зеркало 4, которое колеблется в одной плоскости с помощью пьезодефлектора, состоящего из двух биморфных пьезокристаллических пластин, управляемых синусоидальным напряжением (в испытаниях применен пьезодефлектор ПД-1, в котором из четырех задействованы две диагонально расположенные биморфные пьезокристаллические пластины).

Отраженный от зеркала пучок падает на сферическую линзу 5, которая расположена так, что ее оптическая ось составляет угол ≈90^о с осью падающего на зеркало 4 пучка, а ее передний фокус совпадает с задним фокусом линзы 3 и также лежит на отражающей поверхности зеркала в точке, через которую проходит ось вращения зеркала. За счет колебаний зеркала отраженный пучок сканируется вдоль диаметра линзы 5. При соблюдении указанных требований на расположение линз 3, 5 и зеркала 4 световой пучок после прохождения линзы 5 коллимируется и распространяется параллельно оптической оси в любом положении при его сканировании. Это обеспечивает постоянство угла падения светового пучка на юстируемый интерферометр 6 (в испытаниях использован ИФП типа ИТ-28).

Оптимальный угол падения выбирается небольшим наклоном ИФП, при котором интенсивность прошедшего через ИФП пучка равна приблизительно половине от максимальной. Если интерферометр разъюстирован, то интенсивность прошедшего пучка будет промодулирована во времени. Излучение регистрируется фотоприемником 8 (фотодиод ФД-7К) с помощью собирающей линзы 7. Сигнал с фотоприемника поступает на синхронный усилитель 9 и индицирующий прибор 10, которым может служить осциллограф или миллиамперметр, например измерительный усилитель У2-8, который выполняет функции устройств 9 и 10. Механизм крепления интерферометра 6 позволяет вращать его вокруг собственной оптической оси и фиксировать в требуемом положении. Процедура юстировки проста. Вращая ИФП вокруг своей оси, ориентируют его так, чтобы плоскость сканирования проходила по диаметру, пересекающему опору-разделитель, которому соответствует наибольший угол разъюстировки. По сигналу с фотоприемника регулируют толщину этой опоры и добиваются максимальной степени параллельности зеркал в этом направлении. Затем ориентируют ИФП на вторую опору, в направлении которой остаточный клин является наибольшим и также устраняют его юстировкой. Обычно для полной юстировки интерферометра требуется несколько (3...5) таких операций.

Предлагаемый способ по сравнению с существующими дает следующие преимущества: простота реализации способа и самой процедуры юстировки, высокие практическая точность и оперативность, низкая трудоемкость, некритичность способа к значению базы юстируемого интерферометра, удобная для оператора форма представления информации.

Использование: оптика, изготовление интерферометров для лазерной техники, спектроскопии. Сущность изобретения: способ юстировки интерферометров состоит в том, что интерферометр последовательно по крайней мере в двух положениях сканируют монохроматическим коллимированным пучком света диаметром не более 0,2 от диаметра апертуры интерферометра в плоскости, проходящей через ось интерферометра, с сохранением постоянства угла падения пучка и по перепаду интенсивности пучка в крайних точках сканирования регулируют параллельность пластин интерферометра в направлении сканирования. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ юстировки интерферометра Фабри - Перо, включающий направление на интерферометр и регистрацию интенсивности прошедшего интерферометр квазимонохроматического коллимированного пучка света, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности, снижения трудоемкости юстировки, направляют пучок света диаметром не более 0,2 диаметра апертуры интерферометра, сканируют его в плоскости, проходящей по диаметру апертуры интерферометра в направлении одной из опор-разделителей пластин с сохранением постоянства угла падения пучка и по перепаду интенсивности пучка в крайних диаметрально противоположных точках сканирования регулируют параллельность пластин в направлении сканирования, причем сканирование проводят последовательно по крайней мере в двух положениях интерферометра, различающихся углом поворота относительно его оптической оси, соответствующих числу опор-разделителей пластин и направлению исходной разъюстировки интерферометра Фабри - Перо. 2. Устройство для юстировки интерферометра Фабри - Перо, содержащее оптически связанные источник квазимонохроматического коллимированного излучения, диафрагму, собирающую линзу и систему регистрации интенсивности излучения, отличающееся тем, что диафрагма выполнена с возможностью уменьшения апертуры пучка и расположена на выходе источника, а между диафрагмой и собирающей линзой расположены одна к другой под углом 90^o фокусирующая и дефокусирующая линзы, в общем фокусе которых расположены отражающая поверхность и ось вращения сканирующего зеркала.