Измерительная система с трехзеркальным лазер-интерферометром Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

6

10

П

2. Система поп.1, отличающ а Jx с я тем, что модулятор лазерного излучения выполнен в виде акустооптического кристалла, а фазоизмерительный блок подключен к фотоприемнику и источнику напряжения опорной частоты через умно.жители частоты на целые числа N и 2N соответственно.

3. Система по nri. 1 и 2, отличающаяся тем, что между зеркалами трехзеркального резонатора последовательно с модулятором лазерного излучения установлена оптическая линия задержки, оптическая длина которой значительно больше длины резонатора.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ТРЕХЗЕРКАЛЬНЫМ ЛАЗЕРОМ-ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ, содержащая трехзеркальный резонатор с активной лазерной средой, модулятор лазерного излучения, источник напряжения опорной частоты. соединенный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоизмерительный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фазоизмерительного блока связан с источником напряжения опорной частоты, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений путем уменьшения влияния амплитудной модуляции, она снабжена частотным детектором, включенным между фотоприемником и фазоизмерительным блоком, а модулятор лазерного излучения установлен между двумя последот вательно расположенными зеркалами трехзеркального резонатора. со со

1

Изобретение относится к оптическим измерительным устройствам и преназначено для измерения линейных и угловых перемещений, для контроля коэффициента преломления оптически прозрачных сред и может быть использовано в метролотии, точном машиностроении, геодезии, геофизике и т.д

Известна измерительная система регистрации, содержащая интерферометр и фотоприемник, установленный На его выходе, усилитель-ограничитель, модулятор с источником модулирующего напряжения, умножитель и дел:итель частоты на целое число , фазоизмерительный блок, выполненный в виде реверсивного счетчика tl .

Недостатком такой системы является снижение точности измерений при наличии флуктуации амплитуды интерференционного сигнала, например, из-за температурных разъюстировок интерферометра, из-за турбулентных искажений светового пуска и др.

Наиболее близкой к предлагаемой является измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром, содержащая трехзеркальный резонатор с активной средой, модуля тор лазерного излучения, источник напряжения опорной частоты, соединеный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоизмерительный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фазоизмерительного блока связан с источником напряжения опорной частоты С21.

Недостатком такой измерительной системы является применение в качестве модулятора пьезокерамического преобразователя, связанного с зеркалом внешнего отражателя, что ограничивает частоту опорного модулирующего напряжения в пределах нескольких килогерц и тем самым делает систему узкополосной с невысоким быстродействием. Кроме того, использование в измерительной системе амплитудного детектирования для выделения амплитудно-модулированного сигнала, возникающего на выходе трехзеркального лазера-интерферометра при возвращении обратно в резонатор лазера пучка, отраженного от : внешнего зеркала, не может обеспечить высокой точности измерений изза низкой помехоустойчивости. : Цель изобретения - повьшение быстродействия и точности измерений путем уменьшения влияния амплитудной модуляции сигнала.

Указанная цель достигается тем, что измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром, содержащая трехзеркальный резонатор, с активной лазерной средой, модулятор лазерного излучения, источник напряжения опорной частоты, соединенный с модулятором лазерного излучения, фотоприемник, установленный на выходе резонатора трехзеркального лазера-интерферометра, фазоизмери- тельный блок, подключенный к фотоприемнику, второй вход фазоизмери,тельного блока связан с источником ;напряжения опорной частоты, снабжена ;частотным детектором, включенным -между фотоприемником и фазоизмерительным блоком, а модулятор лазер,ного излучения установлен между ;двумя последовательно расположенны3ми зеркалами трехзеркального резон тора. Модулятор лазерного излучения вьтолнен в виде акустооптического кристалла, а фазоизмерительный бл подключен к фотоприемнику и источнику напряжения опорной частоты через умножители частоты на целые числа N и 2N соответственно. Кроме того, между зеркалами трехзеркального резонатора последовательно с модулятором лазерного излучения установлена сэптическая линия задержки, оптическая длина которой значительно больше длины резонатора. На чертеже представлена блок-сх ма измерительной системы. Измерительная система с трехзеркальньо4 лазером-интерферометром содержи-т трехзеркальный резонатор, состоящий из активной лазерной сре ды 1 и зеркал 2, 3 и 4, активная лазерная среда размещена между зеркалами 2 и 3, образующими актив ную часть резонатора длиной L, па сивную часть резонатора длиной Lj образуют зеркала 3 и 4, фотоприемник 5, частотный детектор 6, соеди ненный с его выходом, установленны последовательно и помещенные в пас сивную часть резонатора модулятор лазерного излучения и оптическая линия 8 задержки, источник 9 напря жения опорной частота, соединенный с модулятором 7 лазерного излучения, фотоизмерительный блок 10, и умножители 11 и 12 частоты, подключенные к его входам, к входам умножителей подключены соответственно частотный детектор 6 и источник,9 напряжения опорной частоты. Измерительная система с трехзеркальным лазером-интерферометром работает следующим образом. С помощью модулятора 7, который подключен к источнику 9 напряжения опорной частоты fр, осуществляется однополосная фазовая модуляция лазерного излучения, так что в резонатор лазера возвращается излучение, сдвинутое по частоте на fj, . При этом происходит девиация частоты выходного излучения трехзеркального лазера-интерферометра. С помощью частотного детектора 6, подключенного к фотоприемнику 5, произ водится вьщеление сигнала на частот 7314 модуляции f, который поступает через умножитель 11 частоты на один из входов фазоизмерительного блока 10. На другой вход фазоизмерительного блока 10 поступает сигнал с выхода умножителя 12 частоты, подключенного к источнику 9 напряжения опорной частоты. Фазоизмерительный блок 10 может.быть выполнен, например, в виде реверсивного счетчика. При неподвижном зеркале 4 разность фаз сигналов на входах фазоизмерительного блока 10 остается постоянной и его показания не изменяются. При непрерывном перемещении зеркала 4 в ту или иную сторону разность фаз непрерьшно возрастает (убывает), изменяясь на 360 калсдый раз, когда оптическая длина между зеркалами 3 и 4 изменяется на величину Л/2, ЛФ 2 ДЬ:/Д (1) где - длина волны лзлучёния лазера L - измеряемое перемещение. Точность измерений повышается при выполнении модулятора 7 акустооптическим и введении в схему двух умножителей 11 и 12 частоты. В этом случае коэффициенты умножения умножителей 11 и 12 равны N и 2N соответственно, а регистрируемая разность фаз увеличивается (уменьшается) на 2-360 с увеличением , (уменьшением) длины L пассивной части резонатора (плеча) интерферометра на величину Л/2. Дальнейшее повьш1ение точности системы регистрации достигается путем установки оптической линии 8 задержки между зеркалами 3 и 4, при этом измеряемой, величиной является перемещение зеркала 2 резонатора. Если оптическая длина плеча L (включая оптическую длину линии 8 задержки) намного больше длины L активной части резонатора (т.е. .. LJ /L 1) , изменение разности фаз сигналов на 360 происходит каждый раз ,когда зеркало 2 перемещается на величину ль () - /4N, т.е. ДФ ЗбОЧЬ /Ь) 4N .AL/Л, (2) где N - целое число, коэффициент умножения умножителя 11; Д - длина волны излучения лазера.

I1142731

Таким образом, при использованиизеркального резонатора позволяет умнояс телей частоты и оптическойповысить точность системы в релинии задержки, обеспечивающей вьшол-зультате уменьшеиия влияния па)1ение соотношения Ь выигрышразит.ной амплитудной модуляции По точности измерений составляет 5и повысить быстродействие сис10 - 10 раз, а введение в измери-темы вследствии увеличения частельнук систему частотного .детекторатоты модуляции до нескольких меи установка модулятора внутри трех-гагерц.