Способ измерения радиуса кривизны сферических лазерных зеркал Советский патент 1983 года по МПК G01B11/255 G02B27/48 H01S3/08 

f J

6

4

сд

со Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для измерения радиусов кривизны сферических зеркал и может быть использовано преимущественно в производстве, занятом изготовлением лазеров Известен способ ишерения радиусов кривиз ны сферических зеркал с помощью контактного сферометра ШНедостатками способа является низкая точность контроля, обусловленная тем, что зиачение радиуса кривизны определяется на основании измерения стрелки прогаба поверхности, а также высокая вероятность механического повреждения поверхности, что делает его непригодным для измерения радиусов кривизны сферических лазерных мркал. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения радиуса кривизны сферических лазериых зеркал, заключающийся в toM, что направляют на изме ряемое зеркало вдоль его оптической оси пучок лазерного излучеьшя, регистрируют излучение после его взаимодействия с измеряемым зеркалом и определяют радиус кривизны . Недостатком извест юго способа является сравнительно низкая тошюсть измерений,обусловленяая тем, что значение радиуса кривизны зеркала определяется по величине углового смещегшя отраженного от него лазерного пучка при смещении зеркала на. известную величину в направлении, перпендикулярном оп тической оси. Целью изобретения является повьпиение точности измерений., Поставлещия цель достигается тем, что согл но способу измерения радиуса кривизны сфершеских лазерных зеркал, заключающемуся в том, что направ/шют на измеряемое зеркало (-ВДОЛЬ его оптической оси пучок лазерного из-, лучения, регистрируют излучение после его взаимодействия с измеряемым зеркалом и опр деляют радиус кривизны, формируют оптичес кий резонатор с использованием измеряемого зеркала и помещаемого перед ним ш путо излучения вспомогательного плоского зеркала, осуществляют согласювание резонатора с пучком излучения с иоюльзованием согласующей линзы, помещаемой на пути излучения перед резонатором, измеряют длину резонатора в согласованном положеШш, перемещают измеряемое зеркало до иового положения согласования резонатора с пучком излучения и вновь из меряют длину резонатора, а измеряемый радиу кривизны сферического зеркала определяют ка сумму длин резонатора в согласованных полож ниях. Способ основан на использовании свойств сшгических резонаторов. Можно показать, что для согласования резонатора типа плоскостьсфера с пучком излучения лазера необходимо выбрать фокусное расстояние f согласующей линзы и установить расстояние dj от лазера до линзы и dj от линзы до лазера согласно формуламI, ii, 2 Mir 2 )l2 Ь,.,1«2- конфокальный параметр резонатора. Поэтому два резонатора типа плоскостьсфера с длинами Ll и Lj соответственно, имеющие одинаковые сфернческие зеркала с радиусом R, будут иметь одинаковые конфокальные, параметры, а следовательно, и одинаковые условия согласования с каким-либо лазерным пуч1сом только в том случае, когда R LI + Lj. Критерием согласованности лазериого пучка и резонатора является возбуждение в резонаторе только основной моды колебаний и отсутствие мод высщих порядков. Измереиие дпины резонатора может быть осуществлено одним из известных способов, обеспечивающих необходимую точность, например методом совпадения дробных частей порядка интерференции, методом определения частоты межмодовых бяеннй при размещении в резонаторе ак1:ивного элемента лазера, методом модуляции лазерного Излучения И т.п. На чертеже изображен одан из возможных вариантов ус.тройства, реализующего способ. Устройство содержит расположенные последовательно лазер 1, согласующую линзу 2, плоское вспомогательное зеркало 3 и фотоприемник 4. Плоское зеркало 3 закреплено на пьезокерамическом здаменте 5, подключенном к выходу генератора. 6 низкой частоты, а выходы фотоприемника 4 и генератора б подключены к входам осцишюграфа 7. Измеряемое сферичес-. кое зеркало 8 помещается между плоским зеркалом 3 и ютоприемником 4 так, что указанг. ные зеркала образуют оптический резонатор типа плоскосгъ-сфера. Способ осуществляется следующим образом. Пучок излучения от лазера 1 проходит соглаукщую лин:1у 2, резонатор, образованный зералами 3, 8, и попадают щ фотоприемник 4. 3105 Пьезокерамический элемент 5, питающийся от генератора 6 низкой частоты, приводят зеркало 3 в возвратно-поступательное данжение вдоль сптячбсчхт осн. Одновременно напряжение от генератора б поступает на синхронизирующий осциллограф 7, а на его сигнальный вход - напряжение с выхода фотоприемника 4. В результате на экране осциллографа 7 наблюдается структура мод колебашй в резонаторе. Собственно процесс измерений радиуса кривизны зеркала 8 складывается из следующих шера1а1й. Изменяя длины отрезков d и dj, а при необходимости и дгагау отрезка L, добпваются согласования резонатора с лазерным пучком. Контроль за согласованием ведут на экране осциллографа 7 мод колебаний высишх порядков. Измеряют длину LI в согласованном полояжнии резонатора с лазерным пучком.Оставляя без изменения отрезки d| и d}, перемещают зеркало 8 до нового положения согласования и вновь измеряют длину Ц резонатора. Радиус кривизны измеряемого зеркала 8 опре94204депягот как сумму длин резонатора в соглао ваияых положениях т. е. R LI -t L). ; В случае, если Ц.л О, а Lj - R, чувствйтельность и погрешности согласования резона гора с пучком резко возрастает. Поэтому для уменьюення погрешиостя измерений радиуса кривизны зеркала 8. целесообразно выбпрать исходнуго длину LI резонатора по возможности малЫ1. ю Погрешность измерений длины резшатора не вносит существенного вклада в погрешность измерений радиуса кривизны зеркала 8, так как упомянутые способы в состоянии обеспечить точность измерения длины резонатора в apefffma. долей длины волиы используемого излучения. Способ обеспечивает повышение точности измерений радиуса кривизны сферических лазерных зеркал на один - даа порядка по 2о яравненто с известными способами, а погреш, ность измерений оря использовании предлагаем мого способа составляет 0,0005-0,001%.

СПОСОБ ИЗМБРШИЯ РАДИУСА КРИВИЗНЫ СФЕРИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНЫХ ЗЕР КАЛ, заключающийся в том, что направляют на измеряемое зеркало вдоль егсгоптической оси пучок лазертого излучения, ре1гнстрируют излучение после его азавмодействия с измеряемым зеркалом и определяют радиус кривизны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, формируют оптический резонатор с использованием измеряемого зеркала и помещаемого перед ним на пути излучения вспомогательного плоского зеркал, осуществляют согласование резонатора с пучком излучения с использованием согласующей линзы, помещаемой на пути излучения перед резонатором, измеряют длину резонатора в согласованном положении, перемещают измеряемое зевало до нового положения согласования резонатора с пучком излучения и вновь измеряют длину резонатора, а измеряемый радиус кривизны сферического зеркала определяют как сумму длин резонаторт в согласованных положениях.