Измеритель длин волн Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к оптикоинтерференционным устройствам и може быть использовано для измерения длин волн оптического излучения и для контроля как стабилизированных, так и перестраиваемых лазерных источнико света. Известны измерители длин волн с интерферометром Фабри-Перо,которые снабжены оптикоакустическими приемни ками выходного излучения и oбecпeчив ют иэмерение длин волн в широком спектральном и динамическом диапазонах }. Недостатком данных устройств явля ется невозможность автоматизации про цесса измерений, обусловленная конструкцией при.емников . Наиболее.близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель длин волн, содержащий интерферометры Фабри-Перр, каждый из Которых снабжен подключенной к управляемой цифроаналоговой систйиой сканирования и модуляции зеркал инте ферометра и блоком фотоэлектрической индикации на его выходе 2. Недостатком изветсногО устройства являются низкие надежность и точност измерений. Цепь изобретения - повышение на дежности и точности измерений. Доставленная цель достигается тем что в измерителе длин волн, содержаще - интерферометры Фабри-Перо, кажды из которых снабжен подключенной к нему управляемой цифроаналоговой сис темой сканирования и модуляции зерка интерферометров и блоком фотоэлектри ческой индикации на его выходе, в резонатор одного из интерферометров помещен элемент с двойным лучепрелом лением. В качество такого элемента может служить двоякопреломляющий кристалл. На выходе исходного интерферометра наблюдаются две сдвинутые друг относительно яруга на некоторую вели чину ДК системы интерференционных картин, обусловленные двойньпи лучепреломлением элемента, помещенного , в резонатор интерферометра , Для лучей с показателем преломления пи 2 выполняются равенства (( / ,, , где длина интерферометра; с1 - толщина кристалла; К и К 2 - порядки интерференции для двух лучей ft-- показатель преломления воздух Из равенства (1) следует 2(n2-nJ(K2-k)A (Z ) Таким образом, измермву значение uK Kg-K;, и зная толщину of кристалла, а также зависимость лп(Л)/ из формулы (3) можно определить значение /Лп(Л), а затем по известной зависимости 4 ( ( Л) - величину Л , которая служит в качестве предварительного знйчения длины волны. Зависимость 4п f / ) используемого материала должна быть предварительно определена с необходимой точностью. Как ВИ.ДНО из (3) , для определенной точности измерения сдвига интерференционных картин чем больше толщина d кристалла, а следовательно, и. лК, тем меньше погрешность измерения. Однако выбор максимального значения ( ограничен тем,что при . / -гг-т uKf/t i4 п(А) И, следовательно,, возникает неопределенность при нахождении дК по сдвигу наблюдаемых интерференционных картин. .Работа устройства заключается в определении 4К для исходного интерферометра и дробных частей Е ( J 2, . . .)порядка интерференции для послед уквдих интерферометров длиной й. (2,3,.,,) и нахождении путем последовательных приближений значений длины волны, для этого последовательно решаются уравнения вида: .o,5 K2+c/ 2. ( -- 2(t,,j ,о,5 Кз + 3 К-) ( 7(, и Г. А. . Из уравнения (4). находят целую часть порядка интерференции 1Цпутем отбрасьшания в правой величины d),a из уравнения (5) - уточненное значение волны. Аналогично происходит уточеиие длины волны на последующих .этапах (уравнения 6,7 и т.д.), причем значение длины волны, полученное на предыдущем этапе, служит исходным для решения уравнения на последующем этапе. На чертеже представлена структурная схема одной из ветвей измерителя лин волн. Устройство содержит коллиматор 1, сканирующий интерферометр Фабри-Перо 2, двоякопреломляюций кристалл 3, генератор 4 частоты модуляции, пьезопривод 5 одного иэ зеркал интерферометра, генератор 6 импульсов, реверсивный счетчик 7, преобразователь 8 кол - напряжение, управляемый источник 9 питания, привод 10 другого зеркала интерферсметра, фотоприемник 11, резонансный усилитель 12, синхро ный детектор 13, Формирователь 14, схему 15 упрахзления/ cчvгтчики 16 и 17 импульсов, генератог 18 команд, дешифратор 19, транслятор 20 и арифметическое устройство 21. При ЭТОМ; генератор 4, пьеэопривод 5, генератор 6, счетчик 7, преоб разователь 8, источник 9 и пьезопривод 10 представляет собой цифроаналоговую систему сканирования и; модуляции зеркал интерферометра, в которой генератор 4 соединен.с пьезо приводом 5 и служит для модуляции Одного из зеркал интерферометра, . последовательно включенные генератор б, счетчик 7, преобразователь 8, источник 9 представляют собой генера тор линейно изменяквдегося напряжения управляющий работой пьезопривода 10 а фотоприемник 11, усилитель 12, детектор 13, формирователь 14,схема 15 управления, счетчики 16 и 17, генератор 18, дешифратор 19, транслято 20 и арифметическое устройство 21, входят в состав блока фотозлектрической индикации установленного по выходе интерферометра. Определение величины сдвига и дро ных частей порядка интерференции осуществляют путем заполнения импуль сами от генератора б интервала време ни сканирования между фиксированными .точками интерференционных картин. Г УСТРОЙСТВО работает следукадим образом. Контролируемое излучение после коллиматора 1 поступает на вход интерферометра 2 с находящимся внутри него двоякопреломляющим кристаллом 3и на его вькоде регистрируется блоком фотоэлектрической регистрации Модуляция и сканирование разности хода .в интерферометре осуществляется путем подачи модулирующего синусоидального напряжения от генератора 4(подается на пьезопривод 5) и лин но. изменяющегося напряжения от генератора б(подается на пьезопривод 10 Для формирования линейно изменяющегося напряжения тактовые импульсы напряжения от задающего генератора б импульсов подаются на реверсивный счетчик 7 и преобразователь 8 код напряжение, где происходит формирова ние кода напряжения. На выходе счетчика код напряжения считывается преобразователей, который формирует ступенчатое пилообразное напряжение треугольной формы таким образом, что приращению напряжения на его выходе соответствует один импульс от генератора 6. Количество ступенек по обоим фронтам пилы однинаково и равно количеству импульсов, поступающих на вход счетчика 7 за один полупериод сканирования разности хода. Мерой сдвига двух интерференционных картин яаляется коли- чееТВо импульсов, уложившихся между максимумами двух интерференционных картин. Для этого тактовые импульсы от генератора 6 пересчитываются счетчиками 16 и 17. Заполнение счетчика 16 происходит в прсжежуток времени прохождения двух соседних максимумов и его показания соответствуют дробной части сдвига двух интерференционных картин, в промежуток времени между первым и третьим максимумами происходит заполнение счетчика 12, его показания соответствуют числу импульсов, укладывающихся в сднетл порядке интерференции. Аналогично при измерении дробных частей порядков интерференции в других ветвях устройства пересчитываются числа импульсов, уложившихся от начала развертки до первого максимума и между двумя последовательными. максимумами во всех других интерферометрах . Распределение импульсов между счетчиками осуществляется схе-мой управления при условии, что на входе устройства действует оптичесгое излучение. Момент прохождения через максимум полосы пропускания аппаратной функции интерферометра определя ется путем дифференцирования сигнала по первой производной на частоте модуляции сигнала. Для этого с выхода синхронного детектора 13 сигнал первой произ.водной аппаратной функции поступает на формирователь 14, который в перехода через нуль формирует короткий импульс, , запускаквдий схему 15 управления, которая управляет работой счетчиков 16 и 17, Содержимое счетчиков через дешифратор 19 посредством транслятора 20 переписывается в- память арифметического устройства 21.Последовательность перезаписи определяется генератором 18 команд, который запускается от схемы 15 управления. Решение уравнений измерения осуществляется по программе, составленной для устройства 21, и происходит автоматически по командам от генератора 18. На индикаторном табло устройства 21 в цифровом виде выдается значение ИСКО10Й длины волны. Структурная схема других ветвей устройства совершенно аналогична схеме первой ветви. Таким образом, введение в резонат -тор одного из интерферометров элемента с двойным лучепреломлением позволяет значительно повысить надежность . и точность исходного значения и951052851

меряемой длины волны, а следовагель-обычно приводят к значительному

но, и точность измерения в целомусложнению конструкции интерферобез принятия каких-либо мер по термо-метра, что, в свою очередь, ведет

стабилизации интерферометра, которыеу усложнению устройства.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИН ВОЛЯ, сОДе Гжащий интерферометры Фабри-Перо, каждый из которых снабжен подключенной к нему управляемой цифроаиалоговок системой сканирования и модуляции, зеркал интерферометров и блоком фотоэлектрической индикации на его вькрде, отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений, в резонатор одного из интерферометров помещен элемент с двойным лучепреломлением. i сл to 00 ел