Способ определения оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01B21/02 

2. Устройство для определения оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащее источник оптического излучения, установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пьеэоэлементом, распо.ложенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемник, блок обработки информации,подключенный к выходу последнего, блок питания интерферометра, информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра, задающий генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с синхронизирующими входами блока обработки

информации и блока питания интерферометра, отлич ающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, источник оптического излучения выполнен в виде спектральной лампы, за коллиматором на входе интерферометра установлен оптический фильтр, а блок питания выполнен в виде генератора треугольных импульсов и сумматооа, первый вход которого соединен с генератором треугольных импульсов, второй является входом блока питания, соединенным с блоком обработки информации, выход сумматора является выходом блока питания, а вход генератора треугольны импульсов - син.хронизирующим входом блока питания.

1, Способ определения оптической толгдины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, заключающийся в том, что облучают интерферометр оптическим излучением, получают интерференционную картину и осуществляют ее модуляцию, регистрируют сдвиг максимумов интерференционной картины, по которому определяют оптическую толщину, отлич ающийся тем, что, с целью упрощения определения оптической толщины, облучение интерферометра производят излучением на двух длинах волн, модуляцию интерференционной картины осуществляют сканируя оптическую толщину интерферометра линейно изменяющимся напряжением, а оптическую толщину определяют по формуле А 4 (K, Т где X, и Хл длины волн излучения; &Г время между моментами появления соседних максимумов одного порядка для X, и ,Я2,г Т время между моментами появления двух максимумов соседних порядков для одной из длин волн Л , или fl-j. --1 сд

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении размеров и перемещений объектов для автоматическо го регулирования расстояния между пластинами интерферометра, входящей в состав измерительной системы. Известен способ определения опти ческой толщины интерферометра, заключающийся в облучении его монохроматическим коллимированным излучени ем под разными углами и анализе смещения интерференционной картины l Известно устройство для определения оптической толщины интерфероМетров, содержащее источник излучения и расположенные по ходу светового луча управляемый оптический фильт коллиматор, блок призм, разделяющий световой поток на два пучка с различными углами наклона к оптической оси, интерферометр, линзу и фотоприемник:в каждом из световых потоков и измерительную схему, содержащую компа ратор, соединенный с блоком управления интерферометром il . Недостатком устройства и способа является efo сложность, вызванная необходимостью облучения интерферометра излучением под разными углами, в частности наличия в конструкции устройства сложного оптического блока и поворотного блока в интерферометре .-. Наиболее близким к изобретению является способ определения оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, заключающийся в том, что облучают интерферометр оптическим излучением, получают интерференционную картину и осуществляют ее модуляцию, регистрируют сдвиг максиг« умов интерференциальной картины, по которому определяют оптическую толщину. Регистрация производится при изменении угла падения излучения на интерферометр 2 . Наиболее близким к изобретению является устройство для определения оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащее источник оптического излучения, установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пьезоэлементом, расположенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемник, блок обработки информации, подключенный к выходу последнего, блок питания интерферометра, информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра, задающий генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с синхронизирующими входами блока обработки информации и блока питания интерферометра. Источник света выполнен монохроматическим, а блок питания содержит компаратор, источник опорных напряжений, соединенный с последним, блок памяти и усилитель мощности, а оптический канал содержит блок модуляции угла падения излучения на пластины интерферометра 2 . Недостатком известного способа и устройства является их сложность, обусловленная необходимостью обеспечения изменения угла падения излучения на пластины интерферометра. Целью изобретения является упро щение, определения оптической толщи ны, и упрощение конструкции устрой ства. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определе НИН оптической толщины сканирующег интерферометра Фабри-Перо, заключаю щемуся в том, что облучают интерфе рометр оптическим излучением, получают интерференционную картину и осуществляют ее модуляцию, регистри руют сдвиг максимумом интерференционной картины, по которому определя ют оптическую толщину, облучение интерферометра производят излучение на двух длинах волн, модуляцию инте ференционной картины осуществляют сканируя ,оптическую толщину интерфе рометра линейно изменяющимся напряжением, а оптическую толщину опреде ляют по формуле р Я, t X 2 . . 4 Т где Х , Х - длины волн излучения; лт - время между моментами появления соседних ма симумов одного порядк для X, и -Я 2; Т - время между моментами появления двух максимумов соседних порядков для одной из длин волн Я или Л 2 Поставленная цельдостигается тем что в устройстве для определения оп тической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащем источник оптического излучения, уста новленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пъезоэлементом, расположенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемнйк, блок обработки информации, подключенный к выходу последнего, блок питания интерферометра, информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра, задающий генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с синхровизирующими входами блока обработки информации и блока питания интерферометра, источник оптического излучения выполнен в виде спектральной лампы, за коллиматором на входе интерферометра установлен оптический фиЛ.тр, а блок питания вь1Полнен в виде генератора треугольных импульсов и сумматора, первый вход которого соединен с генератором треугольных импульсов, второй является входом блока питания, соединенным с блоком обработки информации, выход сумматора является выходом блока питания, а вход генератора треугольных импульсов - синхронизирующим входом блока питания. На фиг. 1 изображен график распределения интенсивности освещенности в интерференционной картине; на фиг. 2 - блок-схема устройства. Способ основан на том, что облучают интерферометр излучением на двух данных волн, анализируют апНарать1ую функцию (зависимость коэффициента пропускания от оптической толйшны), которая определяется формулой Эри -1 . ч-а -К- ) где о - коэффициент пропускания; - коэффициент отражения пластин интерферометра; Л,,7,- длина- волн излучения; ° - оптическая толщина интерферометра;ф - угол падения излучения на пластины, принимает вид, показанный на фиг. 1. В результате анализа устанавливают, что расстояние между максимумами соседних порядков при нормальном падении излучения () для -,(1.) равно л,/2, а для (Ьп) соответственно а /2. Следовательно расстояние между аксимумами интерференции одного поядка (дЕп ) для , и Я равно лР - .llllj ЬЦ где h - порядок интерференции, соответствующий определенной оптической толщине интерферометраl.V.. де за f принимается I еЕ,, f 2п оптические толщины интерферометра, соответствующие интерференционным максимумам одного порядка. В результате преобразований получ e i--2exn птическая толщина интерферометра опорциональна расстоянию между аксимумами интерференции одного поядка для -2 и ( ) Для упроотносят к расстоянию меж соседних порядков .q ( Ь ij ) . При ЭТОМ Vv л - 1 п. jT -7 Затем модулируют интерференционную теартииу . Отношение расстояний , L замен ют на отношение соответствующих вр менных интервалов йТ(Т, аЕ)-п ЭТ.е. с погрешностью не более ft-p 12. м но допустить, что определяемая по (б) толщина интерферометра меняется не дискретное в соответст вии с изменением порядка интерфес-енции, а непрерывкой. При этом оп ч ;ческую толщину сканирующего инте ф-г;рометра ©абри-Перо, определяют п шорктуле .. ло А,4 so С.Т нремя между момег-ггамн поя ления соседних максимумов одного порядка для и А время между моментам- появ ления двух максимз-мов соседних порядков для образом, оптическая на интерферометра определяется иэ огноидекию Д Т| Т . Устройство для опр-еделения опти-iccKOK аодщины интерферометра,- реа-л зующ.ее предлагаемый способ, состоит K:-J источника 1 оптического излучения (спектргшьной лампы), ус1ановле ных последовательно-ходу светового луча ьсоллиматора 2, опт:-ГчеокогО фильтра 3, интерферометра 4, линзы диао рагмн 6,- (кру.тлой диафргьгмы, вы деляющей центр интерференционной картины) ,-, и фотоприемника 1, блока обработки информации, соединенного фотоприемникоь 7, блок 9 питания ин терферометра, соединенный с блоком обработ и информации, зад.ai-oiueго ген ратора 10 прямоугольных импульсов, соединенного с синхронизирующими входами блока 8 обработки информаци и блокг 9 питания интерферометра, интерферометр 4 содержит пьезоэлемент 11, соединенный с выходом блока 9 питания интерферометра. Блок 8 обработки ин-формации сост ит из формирователя 1.2 импульсов, коммутатора 13, соединенного с последни - по двум входам ге.нератора частотных меток, соединенно.го с- ком мутатором 13, соединенных последовательно по двум выxoдa зла 15 двоичных счетчиков, узла 16 вводаззода и вьгчислителя 17, соединенных последовательно запоминающего узла 18 и цифро-аналогового преобразователя 19, фop п5poвaтeль 12 соединен также с узлом 16, который связан таке с запомлнаюгцим узлом 18. Блок 9 питания интерферометра состоит из соединенных последдовательно генератора 20 треугольных импульсов и сумматора 21, второй вход которого является информационным входом блока 9 питания, соединенным с дифро-аналоговым преобразователем 19 блока 8 обработки информации, выход сумматора 21 является выходом блока 9 питания, соединенным с пьезоэлементом 11, вход генератора 20 треугольных импульсов и второй вход зaпo 1инающего узла 18 являются синхронизирующими входами соответственно блока 8 обработки информации и блока 9 питания . Устройство работает следующим образом. При облучении интерферометра 4 излучен ;ем,- содержащим две длины волны 7, и Ki и про -1ед111им через коллиматор 2 и оптический фильтр 3, от источника 1 опорного излучения, (спектральной лампы), на выходе интерферометра 4, в проходящем свете, появляется интерферен лиональная картина, (образованная двумя независимыкад система.да колед, соответственно, от . ., и 7 , которая с помощью линзы 5 фокусируется на чувствительную площадку фотоприемника 7. При этом диафрагмой б выделяется и.ентр интерференционной картины. Расстояние между максимума -ли ( (кольцаг и) интерференции равного порядка, соответствующих разным длинам волн, зависмт V.Q только от значений длины волн, но и от оптической толщины интерферометра 4, Расстояние же между максимумами соседних ПОРЯДКОВ; соответствующих одной длине волны, например, htj , не зависит от оптической толщины интерферометра 4 и пропорционально , Задающ 1м генератором 10 и генератором 20 треугольных импульсов вырабатывается линейно изменяющееся напряжение, которое после сумматора 21 подается на пьезоэлемент 11. Амплитуда подаваемого напряжения Uj-,, определяется из условия равенства амплитуды модуляции интерференциальной картины расстоянию- между мaкcимi ia и соседних порядков интерференции, т . е .11 j , где К - цьезоэлектр11ческий модуль столбиков пьезоэлемеггга 1 1 интерферометра 4 . При подаче напряжения на столбики пьезоэлемента 11 происходит сканирование оптической толщины интерферометра 4 и, следовательно, модуляция интерференционной картинь-i,;вызывающая на выходе фотоприемника б измбшение электрического сигнала. Это изменение анализируюТ блоком f обработки информации. При этом с выходов формирователя 12 снимаются импульсы разной длительности, равной соответственно интервалу времени между моментами появления максимумов интерференции одного порядка дл и Tiq (лТ) и интервалу времени между моментами появления максимумов соседних порядков интерференции для большей длины волны Ад (Т) . Следовательно, длительности этих импуль сов пропорциональны соответственно, первая - оптической толщине интерфе рометра 4, вторая - только длине волны Т12 f и используется для норми рования первого импульса. Затем с помощью коммутатора 13, генератора и узла 15 происходит заполнение импульсов частотными метками и пересчет этих меток. Затем узел 16 осуществляет ввод значений длительности сформированных импульсов в вычислитель 17, где в соответствии с программой определяется толщина интерферометра 6 , Полученное текущее значение толщ ны отображается на табло вычислителя и сравнивается с заданным. При этом разностный сигнал с помощью узла 16 выводится из вычислителя 17 в цифровой форме, поступает в запоминающий узел 18, где хранится до прихода следующего сигнала и затем, с помощью преобразователя 19, преобразуется в аналоговую форму. Поступая в блок 9 питания интерферометра, сигнал суммируется с линейно изменяющимся напряжением и подается одновременно на все столбики пьезоэлемента 11. При этом толщина интерферометра 4 меняется в зависимости от знака разностного сигнала. Если измеренная толщина оказалась больше заданной Рд , то знак разностного сигнала,, поступающего на пьезоэлемент 11, положителен и вызывает уменьшение толщины интерферометра 4 и т.д. Процесс идет до полной установки оптической толщины, т.е. равенства нулю разностного сигнала, (при этом на вход сумматора 21 подаются разнополярные импульсы треугольной формы), а на выходе сумматора изменение напряжения происходит в обе стороны от величины постоянного смещения (или разностного си гнал а), которое соответствует устанавливаемой толщине интерферометра 4(. Таким образом, при использовании в качестве источника оптического излучения спектральной лампы, излучение которой содержит не менее двух длин волн, и выполнения блока питания интерферометра в виде генератора треугольных импульсов и сумматора, а также введении оптического фильтра, расположенного между коллиматором и интерферометром, достигается упрощение устройства, ведущее к уменьшению его габаритов и стоимости изготовления .