ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ФАБРИ-ПЕРО Российский патент 1997 года по МПК G01J3/26 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к интерференционным приборам, предназначенным для сканирования спектра при спектральном анализе оптического излучения с высокой точностью и хорошей разрешающей способностью, его можно использовать в качестве сканирующего перестраиваемого интерферометра Фабри-Перо, а также для селекции продольных мод излучения лазеров.

Известен многолучевой интерферометр типа Фабри-Перо с переменной разностью хода, состоящий из двух полупрозрачных зеркальных пластин, подвижной системы отражающих зеркальных поверхностей, выполненных в виде двух крышеобразных зеркал, ребра которых параллельны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной оптической оси [1]
Недостатком известного интерферометра является невозможность в данной конструкции иметь малые базы интерферометра.

Известен сканирующий интерферометр, содержащий неподвижное зеркало и подвижное зеркало, связанное с пьезокерамическим приводом [2]
Известен перестраиваемый интерферометр Фабри-Перо, содержащий две пластины с пьезоэлементами для юстировки и настройки, прикрепленными своими концами непосредственно к боковым поверхностям пластин [3] Система сканирования на основе пьезопривода позволяет менять базу интерферометра в пределах 5 20 мкм.

Недостатком известных интерферометров является невозможность обеспечить перестройку базы в широких пределах.

Известен интерферометр, содержащий неподвижные зеркальные пластины, корпус, набор инваровых или кварцевых колец с переменными толщинами [4] Дискретное изменение базы интерферометра достигается сменой колец. Недостатком известного интерферометра является невозможность осуществлять непрерывную перестройку и сканирование базы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является интерферометр Фабри-Перо, содержащий корпус, круглые клиновидные пластины с покрытиями. Каждая из клиновидных пластин интерферометра укреплена на оптическом контакте на клиновидной пластине с вершиной клина, ориентированной в противоположную сторону и выполненной из материала с тем же коэффициентом линейного расширения, имеющей отверстие в центре, равное световому диаметру, и наружную поверхность, параллельную рабочей поверхности пластины интерферометра. Пластины интерферометра установлены на оптическом контакте по внешней зоне к установочным пластинам, которые непосредственно связаны с системой сканирования [5]
Недостатком известного интерферометра является невозможность обеспечить перестройку базы.

Задачей изобретения является плавная перестройка базы интерферометра при сохранении параллельности рабочих поверхностей зеркальных пластин.

Решение поставленной задачи осуществляется в устройстве тем, что введены ручной привод продольного перемещения и пьезопривод, содержащий корпус и 3 пьезотолкателя; одна из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса интерферометра и выполнена в виде прямоугольной призмы, грани которой изготовлены с высокой степенью плоскостности, не хуже, чем рабочие поверхности зеркальных пластин интерферометра, установлена в корпусе интерферометра на опоры скольжения 3 опоры на нижней грани и 2 опоры на боковой грани, напротив опор скольжения установлены пружинные устройство поджима призмы к опорам скольжения, и соединена с ручным приводом продольного перемещения; вторая из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса пьезопривода и установлена на 3 пьезотолкателя; каждый пьезотолкатель выполнен в виде соосных трубчатых пьезоэлементов, вложенных один в другой, так что один торец наружного пьезоэлемента прикреплен к корпусу пьезопривода, противоположный торец жестко соединен с торцом внутреннего пьезоэлемента, свободный торец которого является опорой клиновидной пластины; ручной привод выполнен в виде углового поворотного рычага, на одном конце которого установлен микрометрический винт, опирающийся на корпус интерферометра, на противоположном конце качающаяся вилка, опирающаяся своими концами на торец призмы, к наружной поверхности призмы укреплены возвратные пружинные элементы.

Сравнение предложенного технического решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями не позволило в них выявить признаки, отличающие заявленное техническое решение. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критериям "новизна" и "существенные отличия".

На чертеже показано предложенное устройство, где: 1, 2 круглые клиновидные зеркальные пластины интерферометра; 3 подвижная прямоугольная призма; 4 корпус; 5 опоры скольжения; 6 пружинные устройство поджима; 7 угловой рычаг; 8 микрометрический винта; 9 качающаяся вилка; 10 - возвратные пружинные элементы; 11 подвижная клиновидная пластина; 12 - корпус пьезопривода; 13 пьезотолкатели.

Круглые клиновидные пластины 1 и 2 образуют зеркала интерферометра. Внутренние поверхности пластин ограничивают плоскопараллельный слой воздуха и покрыты зеркальными пленками, обладающими высоким коэффициентом отражения и небольшим коэффициентом пропускания света. Наружные поверхности пластин наклонены под небольшим углом (-30^o) к внутренним поверхностям. Основания клиньев обращены в разные стороны.

Зеркальная пластина 2 приклеивается на подвижную прямоугольную призму 3 из кварца. Наружная поверхность призмы параллельна рабочей поверхности пластины интерферометра. Призме имеет отверстие в центре, равное световому диаметру. Грани призмы изготовлены с высокой степенью плоскостности. Призма установлена в корпусе 4 интерферометра на опоры скольжения 5 3 опоры на нижней грани и 2 опоры на боковой грани, напротив опор скольжения установлены пружинные устройства поджима 6 призмы к опорам скольжения. Призма имеет возможность перемещения относительно корпуса с помощью ручного привода.

Ручной привод выполнен в виде углового поворотного рычага 7, на одном конце которого установлен микрометрический винт 8, опирающийся на корпус интерферометра, на противоположном конце качающаяся вилка 9, опирающаяся своими концами на две точки, расположенные на торце призмы на линии, проходящей через ось интерферометра и параллельной оси вращения поворотного рычага. Ось вращения рычага расположена на линии пересечения плоскостей, проходящих через торец призмы и через боковую поверхность корпуса интерферометра, являющуюся опорой микрометрического винта. Ось вращения качающейся вилки лежит в плоскости, проходящей через ось вращения рычага и точки касания вилки с призмой и пересекает ось вращения поворотного рычага под углом 90^o. К наружной поверхности призмы прикреплены возвратные пружинные элементы 10.

Зеркальная пластина 1 укреплена на подвижной клиновидной пластине 11 с вершиной клина, ориентированной в противоположную сторону и имеющей отверстие в центре, равное световому диаметру. Наружная поверхность клиновидной пластины параллельна рабочей поверхности пластины интерферометра. Клиновидная пластина подвижна относительно корпуса пьезопривода 12 и устанавливается на 3 пьезотолкателя 13. Каждый пьезотолкатель выполнен в виде соосных трубчатых пьезоэлементов, вложенных один в другой, так что один торец наружного пьезоэлемента прикреплен к корпусу пьезопривода 12, противоположный торец жестко соединен с торцом внутреннего пьезоэлемента, свободный торец которого является опорой клиновидной пластины 11. Внешняя трубка пьезотолкателя является термокомпенсатором.

Корпуса интерферометра и пьезопривода, клиновидная пластина, призма и зеркальные пластины интерферометра выполнены из материала в одинаковым и малым ТКЛР.

Пьезопривод может работать в двух режимах:
режим угловой юстировки;
режим сканирования.

В режиме угловой юстировки пьезопривод обеспечивает возможность угловой юстировки зеркала 1 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В режиме сканирования пьезопривод обеспечивает перемещение зеркала 1 интерферометра.

Необходимая параллельность зеркал интерферометра достигается угловой юстировкой зеркала 1 с помощью пьезопривода. база интерферометра изменяется с помощью ручного привода продольного перемещения в широких пределах от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Вращением микрометрического винта 8 изменяется угловое положение поворотного рычага 7. При этом качающаяся вилка 9 опирающимися на торец призмы своими концами перемещает призму 3 с зеркалом 2 интерферометра вдоль оси интерферометра по опорам скольжения 5. При этом стабильность положения оптической оси интерферометра при перемещениях, т.е. стабильность юстировки зеркал интерферометра Фабри-Перо, обеспечивается направляющими плоскостями призмы, изготовленными с высокой степенью плоскостности, не хуже, чем рабочие поверхности зеркальных пластин интерферометра, и постоянно поджатыми к опорам скольжения устройствами поджима. Торец призмы постоянно прижат к качающейся вилке возвратными пружинными элементами 10.

Точная установка базы интерферометра осуществляется перемещением зеркала 1 с помощью привода на основе пьезотолкателей 13. При приложении электрического напряжения на внутреннюю трубку пьезотолкателя она изменяет свою длину и перемещает подвижную клиновидную пластину 11 с зеркалом вдоль оси интерферометра. При этом угловая юстировка зеркал интерферометра не нарушается.

С целью устранения разъюстировок, вызванных в результате изменения температуры
наружные втулки пьезотолкателей выполнены из материала с тем же ТКЛР, что и внутренние; при изменении температуры наружные втулки удлиняются в противоположную сторону внутренним втулкам, компенсируя температурные изменения длины пьезотолкателя;
материалы корпуса, призмы, корпуса пьезопривода, клиновидной пластины и зеркал интерферометра выбраны с одинаковыми и малым ТКЛР для недопущения изменения взаимного положения оптических элементов вследствие колебаний температуры, взаимные расположения оси вращения поворотного рычага и точек соприкосновения качающейся вилки с торцом призмы, микрометрического винта с корпусом при температурных деформациях винта, рычага и вилки не вызывают продольного смещения зеркала интерферометра.

Авторам не известны отечественные и зарубежные промышленно выпускаемые образцы аналогичного назначения.

В известных интерферометрах система сканирования на основе пьезопривода позволяет сканировать базу в небольших пределах: 5 20 мкм.

Предложенное устройство позволяет осуществлять плавную перестройку базы интерферометра в широких пределах с одновременной возможностью сканирования базы при сохранении параллельности рабочих поверхностей зеркальных пластин.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к интерференционным приборам, предназначенным для сканирования спектра при спектральном анализе оптического излучения с высокой точностью и хорошей разрешающей способностью, его можно использовать в качестве сканирующего и перестраиваемого интерферометра Фабри-Перо, а также для селекции продольных мод излучения лазеров. Перестраиваемый интерферометр Фабри-Перо содержит корпус, ручной привод продольного перемещения, пьезопривод, содержащий корпус и 3 пьезотолкателя, круглые клиновидные зеркальные пластины, укрепленные на клиновидные пластины с вершинами клиньев, ориентированных в противоположные стороны, имеющие отверстия в центре, равные световому диаметру, и наружные поверхности, параллельные рабочим поверхностями пластин интерферометра. Одна из клиновидных пластин подвижно относительно корпуса интерферометра и выполнена в виде прямоугольной призмы, грани которой изготовлены со степенью плоскостности, не хуже, чем рабочие поверхности зеркальных пластин, установлена в корпусе интерферометра на опоры скольжения, напротив которых установлены пружинные устройство поджима призмы к опорам скольжения, и соединена с ручным приводов продольного перемещения. Вторая из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса пьезопривода и установлена на 3 пьезотолкателя; каждый пьезотолкатель выполнен в виде соосных трубчатых пьезоэлементов, вложенных один в другой, так что один торец наружного пьезоэлемента прикреплен к корпусу пьезопривода, противоположный торец жестко соединен с торцом внутреннего пьезоэлемента, свободный торец которого является опорой клиновидной пластины; ручной привод выполнен в виде углового поворотного рычага, на одном конце которого установлен микрометрический винт, опирающийся на корпус интерферометра, на противоположном конце - качающаяся вилка, опирающаяся своими концами на торец призмы; к наружной поверхности призмы прикреплены возвратные пружинные элементы. 1 ил.

Перестраиваемый интерферометр Фабри-Перо, содержащий корпус, круглые клиновидные зеркальные пластины, закрепленные на клиновидных пластинах с вершинами клиньев, ориентированными в противоположные стороны, имеющих отверстия в центре, равные световому диаметру, и наружные поверхности, параллельные рабочим поверхностям пластин интерферометра, и связанных с системой сканирования, отличающийся тем, что в устройство введен ручной привод продольного перемещения, а система сканирования выполнена в виде пьезопривода, содержащего корпус и три пьезотолкателя, одна из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса интерферометра, выполнена в виде прямоугольной призмы, грани которой изготовлены со степенью плоскостности, не хуже чем рабочие поверхности зеркальных пластин интерферометра, установлена в корпусе интерферометра, на три опоры скольжения на нижней грани и на две опоры скольжения на боковой грани, напротив опор скольжения установлены пружинные устройства поджима призмы к опорам скольжения, и соединена с ручным приводом продольного перемещения, вторая из клиновидных пластин подвижна относительно корпуса пьезопривода и установлена на три пьезотолкателя, каждый из которых выполнен в виде соосных трубчатых пьезоэлементов, вложенных один в другой, так что один торец наружного пьезоэлемента прикреплен к корпусу пьезопривода, противоположный торец жестко соединен с торцом внутреннего пьезоэлемента, свободный торец которого является опорой клиновидной пластины, ручной привод выполнен в виде углового поворотного рычага, на одном конце которого установлен микрометрический винт, опирающийся на корпус интерферометра, на противоположном конце качающаяся вилка, опирающаяся своими концами на торец призмы, к наружной поверхности которой прикреплены возвратные пружинные элементы.