Устройство для аттестации линейности дифракционной решетки Советский патент 1990 года по МПК G02B27/32 

закону, 1#отоприемники 6 и 7 расположены на линии пересечения биссектор- иой плоскости угла между указанным направлением и направлением, перпендикулярным штрихам дифракционной решетки 11, и плоскости, перпендикулярной указанной биссекторной плоскости. Благодаря такому расположению они будут чувствительны только к фа

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для аттестации штриховых мер линейных и радиальных дифракционных решеток.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - схема, поясняющая принцип его работы.

Устройство состоит из источника 1 свете, коллиматора 2, вспомогательной дифракционной решетки 3, пьезе- элемента 4, генератора 5 периодических импульсов, фотоприемников 6 и 7, селективных усилителей 8 и 9, фазометра 19 И узла крепления аттестуемой решетки И.

Рабочие плоскости аттестуемой и. вспомогательной дифрационных ток параллельны, при этом решетки установлены с возможностью взаимного развор ота. Узел крепления аттестуемой решетки 11 установлен с воэмож- ностью перенещення вдоль направления, перпендикулярйого ее штрихам Фотоприемники 6 и 7 расположены ид линии пересечения биссекторной плоскости угла между указанным направлением и направлением, перпендикулярным штрихам вспомогательной диффракционной решетки 3, и плоскости, которая перпенщг- кудярва указанной биссекторной плос кости и составляет с плоскостью вспомогательной решетки угол f, 9 ляемый из соотношения

dCsin & - einf) « m Л,

(О

d - период вспомогательной 3 и

аттестуемой 11 решеток; О - угол между оптической осыо коллиматора 2 и нормалью к поверхности вспомогательной решетки 3;

зовым изменениям обтюрационньт полос, возникших в результате нелинейности / аттестуемой решетки 11. Электрические сигналы, усиленные селективными усилителями 8 и 9, поступают на фазо- метрическое устройство 10. Измерения проводятся ступенчато, проходя всю длину аттестуемой решет- ки, 2 ил.

5

0

5

0

,2...- порядок диффракции .выше

нулевого;

А - длина волны излучения источника 1.

Пьезоэлемент 4 подключен к генератору 5 периодических импульсов и жестко связан с вспомогательной решеткой 3 и фотоприемниками 6 и 7. Входы селективных усилителей 8 и 9 соединены соответственно с фотоприемниками 6 и 7, а выходы - с входом фазометра 10.Элементы Я - 10 образуют электронный Блок для регистрации электрических сигналов.

Работа устройства основана на том, что система из вспомогательной решетки 3 и пары фотодетекторов 6 и 7, установленных вдоль длины а 1;тестуе- мой дифракционной решетки 11 (параллельно муаровым полосам, при перемещении вдоль Г этой длины регистрирует изменение разности фаз, прЯйо зависящее от изменения числа штрихов решетки на перемещаемую длину, т.е. от нелинейности аттестуемой решетки.

Устройство работает следуняцим образом.

Световой пучок от источника 1, формируемый коллиматором 2, дифрагирует на решетках 3 и J1, образуя волны, идущие в разных порядках дифракции. Волны, идущие в одном явлраш1ении, интерферируют между .собой, создавая интерференционные полосы (обтюрационные и муаровые) бесконечной ширины, если решетки согласованы по частоте штрихов (т.е. имеют одинаковую частоту) я по углу между штрихами (т.е. состав- ляют нулевой угол между ними). Пье- эозлемент 4 задает периодические

to

колебания решетки 3 для осуществления фазовой модуляции светового пучка по периодическому закону. Фотоприемники 6 и 7 расположены в плоскости, перпендикулярной направлению одного из порядков дифракции выше нулевого (см. выражение 1), причем они установлены на прямой, перпендикулярной биссектрисе угла между штрихами решеток, т.е. параллельно муаровым полюсам. Это позволяет осуществить измерения разности фаз независимо от изменений их периода. Таким образом, неточности изготов ления направляющих ( до 100 мкм/и), 5 в которых перемещается аттестуемая решетка 11, приводящие к изменению угла между решетками при их взаимном перемещении, а следовательно, к изменению периода муаровых полос, не оказьгеают -влияния на результат измерений. Вследствие такой установ ки фотоприемники чувствительны только к фазовым изменениям обтюрацион- ных полос, возникающих в результате нелинейности аттестуемой решетки. Электрические сигналы, усиленные селективными усилителями 8 и 9, на- строенными на частоту генератора 5, поступают на фазометрическое устройство 10, измерянщее разность фаз между фотоприемн 1ками 6 и 7. Измерения проводятся ступенчато по всей длине аттестуемой рещетки 11. Ошибка,

20

25

55

30

вносимая вспомогательной решеткой 3, Постоянна и входит йддитивно на каждой ступени измерения .и поэтому не влияет на их результат. (Движение решетки может происходить и непрерывно) .

Таким образом, измерения линейности аттестуемой решетки не зависят от качества используемой вспомогательной решетки, в промежутках между фотоприемниками она может быть незаполненной. Тем не менее целесообразно использовать непрерывную решетку для удобства при первоначальной настройке фотодетекторов параллельно муаровым полосам и для получения, обтюрационной и муаровой полос, максимальной щиримы в начале работы устройства, так как максимальная полоса является наиболее чувствительной.

Пример, Реализуют макет устройства для аттестации линейности

Устройство для аттестации линейности диффракционной решетки, содержащее источник излучения, коллиматор, вспомогательную дифракционную решетку, узел крепления аттестуемой решетки, плоскость которого параллельна плоскости вспомогательной решетки, фотоприемник и связанный с ним электронный блок для регистрации электрических сигналов, причем вспомогательная решетка и узел крепления аттестуемой решетки установлены с возможностью взаимного разворота, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения возможности аттестации решетки с длиной, превышающей длину вспомогательной решетки, в него введены второй фотоприемник и пьезоэлемент, связанный С генератором периодических импульсов, а электронный блок для регистрации электрических сигналов выполнен в виде двух селективных усилителей, входы которых соединены с соответствующим 55 фотоприемником, а выходы - с входом фазометра, причём узел крепления аттестуемой решетки установлен с возмож-.

35

40

/

45

50

голографической дифракционной решет- ностью перемещения вдоль направления.

to

5

20

5

ки. На этом макете производят аттестацию голографической дифракционной решетки длиной 700 мм и частотой 1000 ЛИН/ММ. В качестве источника излучения используют ЛГИ-38, а фтоприемниками служат два фотодиода ФД-27 К.

В устройстве осуществляют фазовую модуляцию светового потока путем колебаний пьезозлемента, на который подается пилообразное переменное напряжение частотой 35 Гц. Фазометрическая система позволяет измерить разность фаз с точностью 21Т/360 . В качестве вспомогательной решетки используют галографическую решетку той же частоты, что и аттестуемая, размером 20 мм. Расстояние между фотодиодами 10 мм.

V

Максимальная средняя квад атичес- кая ошибка при определении линей- . ности голографической дифракционной I решетки длиной 700 мм составляет 0,017 мкм.

В результате измерений с указан- ной ошибкой линейность решетки не более 0,5 мкм на всю длину.

Формула изобретения

Устройство для аттестации линейности диффракционной решетки, содержащее источник излучения, коллиматор, вспомогательную дифракционную решетку, узел крепления аттестуемой решетки, плоскость которого параллельна плоскости вспомогательной решетки, фотоприемник и связанный с ним электронный блок для регистрации электрических сигналов, причем вспомогательная решетка и узел крепления аттестуемой решетки установлены с возможностью взаимного разворота, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения возможности аттестации решетки с длиной, превышающей длину вспомогательной решетки, в него введены второй фотоприемник и пьезоэлемент, связанный С генератором периодических импульсов, а электронный блок для регистрации электрических сигналов выполнен в виде двух селективных усилителей, входы которых соединены с соответствующим 5 фотоприемником, а выходы - с входом фазометра, причём узел крепления аттестуемой решетки установлен с возмож-.

0

5

0

5

0

перпендикулярного ее штрихам,фотопри- емники расположены яа линии пересечения биссекторной плоскости угла, между указанным направлением и- направ- лешем,перпендикулярным штрихам (вспомогательной дифракционной решетки, и плоскости,которая перпендикулярна укдэанной биссекторной плоскости и составляет с плоскостью вспомогатель- ной решетки угол f , определяемый из .соотношения

.d(8ln6 - slnY) mA,

О

где d - период вспомогательной и

аттестуемой решеток; - угол между оптической осью коллиматора и нормалью к поверхности вспомогательной

решетки: ,2...-порядок диффракций выше

нулевого; Д - длина волны излучения

источника,

А вспомогательная решетка жестко свя. {зана с пьезозлементом и фотоприемни- кам11.

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано для аттестации штриховых мер линейных и радиальных дифракционных решеток. Световой пучок от источника 1, сформированньА коллиматором 2, )а- гирует на решетках 3 и 11, образуя волны, идущие в разных порядках дифракции. Пьезоэлемент 4 задает периодические колебания решетки 3 для осуществления фазовой модуляции светового щгчка по периодическому

иг.г

Редактор А. Оггср

Составитель В. Кравченко

Техред М.Надь Корректор И. Эрдейи

4358 ,/ , Тираж 461 ,/ Подписное

ВНИКЛИ Государственного комитета СССР

по дел.ам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4