Устройство для контроля формы зеркал Советский патент 1983 года по МПК G01B11/24 G01B9/02 G02B26/12 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля формы зеркал.

Известно устройство для контроля формы зеркал, использующее амплитудную модуляцию оптического сигнала и содержащее лазер, блок модуляторов, интерферометр Майкельсона, фотоприемник (диссектор) и измеритель (фазомер) .

Преобразование оптической разности хода в фазу электрического сигнала осуществляемое в данном устройстве, обеспечивает чувствительность порядка сотых долей длины волны используемого лазера l .

Недостатком этого устройства является сравнительно невысокая чувствительность кднтроля.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля формы зеркал, содердержащее последовательно расположенные лазер, интерферометр Мдйкельсона, фотоприемник и электрически связанный с ним измеритель. Чувствительность достигает тысячной долей длины волны используемого лазера 2.

Недостатком известного интерферометра является малая амплитуда смещения зеркала оптического резонатора, что ограничивает девиацию частотной

10 модуляции, а следовательно, и чувствительность контроля.

Целью изобретения является повышение чувствительиюсти контроля.

15

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля формы зеркал, снабжено барабанои, выполненным с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости, про20ходящей через оптическую ось лазера, и по крайней мере одним уголковым отражателем, жестко закрепленным на боковой поверхности барабана и расположенным в оптическом тракте лазера менаду его активным элементом и ОДНИМ из его зеркал. На фиг.1 приведена оптическая схема устройства для контроля формы зеркал; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З график закона частотной модуляции лазерного излучения. Устройство содержит лазер, включающий глухое плоское зеркало 1,активный элемент 2 и полупрозрачное зеркало 3Между глухим плоским зеркалом 1 и активным элементом 2 в оптический тракт лазера введен один или нескол .ко уголковых отражателей ,жестко закрепленных, например приклеенных, на боковой поверхности барабана 5, установленного на оси 6 электродвигателя (не.показан). На оптической оси активного элемента 2 за полупрозрачным зеркалом 3 установлена положительная линза 7 с фокусом которой совмещена диафра - ма 8, и светоделитель 9. Светоделитель 9, объектив 10, опорное сферическое зеркало 11 и контролируемое зеркало 12 образуют интерферометр Майкельсона, на выходе которого установлена диафрагма 13 и фотоприемник И, например фотоэлект ронный умножитель, соединенный с входом измерителя 15, в качестве которого используется измеритель вре менных интервалов. Диафрагмы 8 и 13 центр кривизны опорного зеркала 11 и передний фокус объектива 10 оптически соряжены. Перед контролируёмым зеркалом 12 установлена диафрагма 16, имеющая свободу перемещения по двум направлениям в своей плоскости. Устройство работает следующим образом. Лазер, образованный глухим плоским зеркалом 1, активным элементом 2 и полупрозрачным зеркалом 3, генерирует в полосе усиления активного элемента 2 на частоте, определяемой мгновенным значением длины оптического резонатора и скоростью ее .изменения. При вращении барабана 5 уголковые отражатели k, поочередно попадающие в оптический тракт лазера, т.е. отре зок оптической оси лазера, заключенный между зеркалами 1 и 3, периодически изменяют длину оптического резонатора, вызывая тем самым частотну 8284 «одуляцию лазерного излучения по некоторому пилообразному закону ((кривая 17 изменения частотной модуляции на фиг. З) Частбтно-модулированное излучение лазера фокусируется линзой 7 на входную диафрагму 8 и с помощью светоделителя 9 расщепляется на два луча, проходящих опорное и. измерительное плечи интерферометра Майкельсона. Опорный луч, отраухаясь от опорного зеркала 11,и измерительный луч, прохог дя объектив 10, диафрагму 1б и отражаясь от контррлируемогр зеркала 12, фокусируются на выходную диафрагму 13 и попадают на.вход фотоприемника 1A. Диафрагмы 8 и 13 служат для защиты входа фотоприемника 14 от посторонней засветки. Диафрагма 1б служит для выбора заданного участка контролируемого зеркала 12. Оптическая разность хода опорного луча и измерительного луча в области диафрагмы 1Ь вызывает временной сдвиг закона модуляции на величину t( фиг.З), а следовательно, и частотный сдвиг д- . Разнесенные по частоте опорный и измерительный сигналы, одновременно действующие на вход фотоприемника 14, вызывают на его выходе биения с частотой &. Период Т J5 биений сигнала фотоприемника И измеряется измерителем 15 временных интервалов, проградуированным в единицах длины. Введение вращающегося барабана 5 с уголковыми отражателями 4 в резонатор лазера и использование измерителя 15 временных интервалов вместо фазометра позволяет резко увеличить чувствительность интерферометра. Геометрическая разность хода измерительного и опорного лучей связана с периодом Т биений формулой о , acoRT ° где со - угловая скорость вращения барабана 5; UQ - максимальная длина оптического резонатора; R - смещение оси вращения барабана 5 относительно оптической оси активного элемента 2; Q- длина волны используемого лазера.

Формула изобретения

Устройство для контроля формы зеркал, содержащее последовательно расположенные лазер, интерферометр Майкельсона, фотоприемник и электрически связанный с ним измеритель, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности контроля, оно снабжено барабаном выполненным с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости, проходящей через оптическую ось лазера, и по крайней мере одним уголковым отражателем, жестко закрепленным на боковой поверхности

барабана и расположенным в оптическом тракте лазера между его активным элементом и одним из его зеркал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе К Mottier F,M. Microprocessorbased automatic heterodyne interferometer, - Optical Engineering, vol. 18, № 5, September - October,

1979.

2. Esulun S.A., Wolff E.G.lAdvances in interferometric signal analysis. - JSA Transactions, vol, 19, (Г 1, November-December, 1979 (прототип).

Фиг.