Квантовый интерферометрический измеритель перемещений Советский патент 1985 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для точных измерений размеров, перемещений и скоростей движения различных объектов, для использования деформаций, вибраций, рельефа поверхности, оптических свойств среды. Цель изобретения - повышение точ ности измерений за счет устранения неоднозначности при реверсивном перемещении контролируемого объекта. На чертеже представлен предлагаемый измеритель. Квантовый интерферометрический измеритель перемещений содержит два параллельно установленных лазера 1 и 2 с одинаковой длиной Л волны оптического излучения, предназначенное для закрепления на конт ролируемом объекте зеркало 3, оптически связанное с лазерами 1 и 2 и установленное перпендикулярно им отражающей поверхностью к лазерам 1 и 2, два фотоприемника Д и 5 оптически связанных с вторыми выходами лазеров 1 и 2 соответственно, и блок 6 обработки сигналов, входы которого связаны с выходами фотоприемников 4 и 5. Расстояния по оптической оси интерферометрического измерителя от зеркала до лазеров 1 и 2 отличаются на величину L, не кратную Л/2, Разница в расстояниях между зеркалом 3 и лазе рами 1 и 2 необходима для получения фазового сдвига, отличающегося от О и 180 между сигналами на вых дах фотоприемников 4 и 5. Фазовый сдвиг может быть получен также за счет различия оптических характери тик сред, заполняющих пространство между лазером 1 и зеркалом 3, и лазером 2 и зеркалом 3. Устройство работает следующим о разом. Зеркало 3, закрепленное на конт ролируемом объекте, образует оптически связанный с лазером 1 пассив ный резонатор, который оказывает влияние на мощность оптического излучения лазера 1. Моды оптическо го излучения, реализуемые в сложно трехзеркальном резонаторе, образованном лазером 1 и зеркалом 3, не являются модами ни лазера 1, ни па сивного резонатора. Эти моды можно рассматривать как смещенные моды 84 г1аШ;ивного резонатора и лазера 1 . Изменение связи между пассивным резонатором и лазером 1 вызывает смещение мод по шкале частот. При перемещении контролируемого объекта с зеркалом 3 вдоль оптической оси лазера 1 меняется длина пассивного резонатора. При этом все моды, реализуемые в сложном резонаторе, изменяют свою добротность и частоту по отношению к добротности и частоте, соответствующим первоначальной длине пассивного резонатора. Так как активная среда присутствует только в лазере 1, уменьшение добротности какой-либо моды вызывает срьш генерации лазера 1. Одновременно увеличивается добротность моды пассивного резонатора, зто приводит к возникновению генерации на этой моде. После того, как вновь загенерировавшая мода займет положение невозмущенной моды лазера 1, интенсивность излучения лазера 1 достигает максимального значения. В результате интенсивность излучения лазера 1, которая регистрируется фотоприемником 4, циклически изменяется. Полный цикл изменения интенсивности лазера 1 происходит при изменении длины пассивного резонатора за счет перемещения контролируемого объекта с закрепленным на нем зеркалом 3 на величину, равную 12, Глубина модуляции излучения лазера 1 зависит от коэффициента отражения зеркала 3 и от соотношения длин пассивного резонатора и лазера 1, При коэффициенте отражения зеркала 3, превьшдающем 25л, и при соизмеряемых длинах лазера 1 и пассивного резонатора глубина модуляции излучения лазера 1 близка к 100%. Аналогичным образом при перемещеНИИ контролируемого объекта происходит циклическое изменение интенсивности излучения лазера 2, которое регистрируется фотоприемником 5. Сигналы на выходах фотоприемников 4 и 5 сдвинуты один относительно другого на угол, отличный от О и 180° за счет разницы в оптических длинах пассивных резонаторов, обусловленной отличием расстояний от зеркала 3 до лазеров 1 и 2 на величину L. .Предпочтительно иметь фазовый сдвиг 90 . Сигналы с выходов фотоприемников 4 и 5 поступают на

3 11966844

входы блока 6 обработки сигналов, Вкаждый из которых соответствует опблоке 6 обработки сигналов сигналы,ределенному направлению смещения зер

меняющиеся по синусоидальному и ко-кала 3. Разделенные импульсу поссинусоидальному законам, преобразу-тупают на суммирующий и вычитающий

ются в прямоугольные импульсы. Поj входы реверсивного счетчика. На высоотношению фаз сигналов определя-ходе блока 6 обработки сигналов приется направление перемещения подвиж-сутствует сигнал, соответствующий

ного зеркала 3 и производится разДе-текущему значению перемещения подление импульсов по двум каналам,важного зеркала 3.

КВАНТОВЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содер- . жащий лазер с двумя оптическими вы ходами, зеркало, предназначенное для закрепления на контролируемом объекте и оптически.связанное с одним- из выходов лазера, фотоприемник, оптически связанный с другим выходом №