Способ определения фокусного расстояния оптической системы Советский патент 1987 года по МПК G01M11/00 

1

11:(()Г))сгеии(, относится к и; нч1ИТ1МЬН()й технике, и частности к способам оиреле.те- ния фокусного расстояния оптических систем.

Целью и (Обретения является расн1ире- ние функииона.тьн1)1 волможнск тей за счет обес иечения ио.можиос ги онределения фокусного расстояния микроонтической отрицательной системы с одновременным новы- Н1ением точности.

На фн1. 1 показана схема расположения нсиьплемой онгической системы отио- cHie.Ti)Ho опорных плоскостей, где а - исходное положение систем1 1; б иоложение при смен1ении иснытуемой оптической системы иа величину di; на фиг. 2 онти- ческая схема устройства д,1я реализации способа онределепия фокусного расстояния ко|1()гко(})окусиой микроон I ической о грица- ге.тьной снсгемы.

(люсоб осуществляется следуюн1им обраSOM.

Испьиуемук) оптическую систему устанавливаю на рассгоянин от неретяжки, не нревьинающем

дк

(.)о|

те II) радиус 1ервои .

онтнческо системы, м; ())адиус 1ер(. яжки Гауссова 1учка,

м;

/- длипа во, свегово() из.тучения, м а oc.u измере 1ня диаметра Гауссова 1уч ка, 1ре()б|)азован 1от ici,i уемой опгнче- CKoii iMicreMoii в .оскосгн, расстояние до Ko -opoii от НС, уемой 01 тической (li, .,ТЬПО СМеЩаЮГ ИС.|гхемук) о 1ческую систему ч расстоя1 1е A, 1 вповь и.меряк)т диаметр нреоо- разова 1()1 Ч) 1С1 Ь 1 уемой оптической систе- Moii I ауссова чка и той же самой 1лоск()- . I росл рансгве 1ноо ,И гудно-()азов()е рас1 |1еделепие «лектромаг нитного 1оля ycToi i- чивого Ч зонатора образует характер 1ьп1 1учок, Bo.,ie оверхностн которого б,лиз- к с()е|1ическим, а рас 1ределение основной МОД1, в тюбом 1онеречном сече(ии пучка соответствует Гауссс)ву

/1,1Я харак ерисгики Гауссова пучка в .иобом 1оцереч ом сечении ис 1ользуют 1арамет)а: (о раднус в цо11ереч 1ом сечеиии па уровне ;1мцлитудь е и R радиус криви. (()аЗ(.)В() о ВО.ТНОВОГО фронта-.1бо бо.тее () . експь Й нара- мегр 1|, с (1) п R соотпо 1е 1ием

J J I л q R )

(л чение, а когором R оо. т.е. фазовый ф1)опт плоский, радиус 1учка ID мипи- Ma. ieii, на.(ывается |еретяжкой и обознача- егся (1)и|.

Комплекспь Й 1а)аметр преобразованного о тической системой ГаусЧ ова мо

жет б,1ть определен с 1омо1цью правила АВ( Л), если известна „тучевая матрица ipe- образования луча о 1 ической системой,

,, - Aqi + в

1 - Cq, + D

0

5

0

r;ie .ЛЕК Л) элемент, лучевой матрицы нре- обра:«)вания о тическ()й системы.

Ис юльзова11ие г равила для поло- жительн(.)й оптической системы позволяет определить ее фокусное расстоя1 ие по изме репным и 1ичипам диаметров пучка в пере- гнжках до и после оптической системы (Ч(, u)iij и 1)асстояний от перетяжек до о.чти- ческой систе.мь (ii, .

5Выбор ()П() 1Л()скосгей оптической

системь в n;iocK.)ci ях пе)етяжек 1 ауссова 1учка, адак1щег() ia оптическую сисгему и 1|)е(я )|1аз() ею, о аничивает ис 1оль- (ие 1одоб 1()г() |)ac4ei;i для онределепия но ре пльта ам измерений 2(i)(,, 2(,

0 (1|, (Iv (jioKycHoro расстояния о.т()жите,1ь- jix о иических сисгем, ()СК().тьку у ()Т()ица- О 1тической сисгемы одна из 1 еретя- жек М 1имая.

Кроме т()(), изме|) диаметров iepe- гяжек 2(1)01, 2(1),)u в (jiKjpnbix 1.тоскостях и расстояний (1 i i dj or исн1,ггуемой систе- мь до 1)1К) 1лоскостей д, о |ределе- ния фокус 1ог() расстоя {ия ко|1от кофокуспых о 1тических систем с.() техническая адача из-за ма. измеряемых величин. Установка ()11 О 1 1ческ()й системы на расстоянии d;

2/.

1

(11,1

or 1апиче 1ие па ве, с.ме цепия ,г емой систем1 | Ad di .1еп)1 тем, что

нару непие УТИХ неравенств можег 1 рнвес1и к нару 1ению сгруктур 1 Гауссова пучка 13-за е() дифракции а нервой .тише мой системы.

() ( I ) 1олуче1 о 13 закона рас- 1рения Гауссова пучка

W- - - (.

/

Л(1)

Ь )1

5

X, расстояние от учка, где фазовый фронт 1.оский и 1учок имеет минималь 1ое сечение (геретяжка ). м (j)ii радиус 1еретяжк, м, (IJ радиус пучка ia расстоянии /. ог

1еретяжки, i.

0 Выбор ве,тичип и Adts; dj обус ло,те) 1еобх()димостьк) усгра)ения (|1рак- Uni Гауссова ia 1 ервой ,тинзе туемой системы, 1оскольку дифракция 1одит к структ 1)Ь учка и, сте- донате,тьпо, к нег1редсказуе ;)му изменен1 ю диаметра 1учка испь уемой сист-емь в нлос- кости измерения, т.е. к в О 1реде; е- иии фокусного расстояния нсп :туемой сисгемы.

Точность опрелсмения фокусного кю- стояння по предлагаемому способу выше, чем по известному, поско.. во-первых расстояние (li) выбирается го|)) бо;1ьп1им рассгоя- П1Я (11 (те. (1-.(1) и о . 1яет работать с диаметрами Г ауссовых пучков, п|Н - обра:1ован1(ых испыгуемой оптической системой, порядка десятков ми,1.1иметров, в го время как размеры 11е)етяже1-. KO|UJTKO(J)O куеных оптических систем обычно сосгав- .1ян)т десягые до,1И мил.чиметра, и, водтго- рых, смешение можно измерить n(j к)ай- ией ie)( па порядок точнее, чем (lacci оя.чие М испытуемой оптической системы до н.юе косгей перетяжек.

Опреде.тение фокуспого расстояния иены туемой оптической системы Н ) резуд|)Татам измерепий диаметров ayccciU пучка в п.юс- кости перетяжки (первая мпорпая п.юе кость) и в плоскости, рассгояпия до кого- рой от испытуемо) систем1)1 clj. (вго- рая опорная н.юскосП)). прм усгансчзк., i.aii.- туемой системiii па расстоянии

.llilnl

2/.

1

(.

от п.тоскости перетяжки. paccг(JЯПИЯ dj. ,тичины смепк ния испьггемой системы Ailu- (i; огносит е.тьно исходного по,тоженпя п диаметра Гауссова пучка во (я 1 олор- ной п;юскости производи гея с испо,тьзова- пием правила .ЛВ(О д.тя двух но,т()жени1( ис- пьггуемой системы относите,тьно onopfn,ix п.тоскостей,

11айдеппая из выражений

В,

,, - Aiqi+ В|

СкцЧ-

прио.тиженная форм, М1 д,тя определении фокусногч) раест ояния по измереин1)1,м пара- ,меграм имеет г,ид

г гг

Л(1||)п (Ij

(, ,

ГД1 ii)v радиус Гауссова пучка во вгорой плоскости при исходно,м расп(),и)же- пии испытуемой систем1 1 относительри) опор

НЫХ плоское ТС и,

Ди1 (О:...- (1)мизменение радиуса

Гауссова пучка во второй опорпой н.тоско- сти при смешении испытуемой оптичееко

систем) tia Ве. Д(1 ;Сс1| от ОС Ге.|)10 ИС,)о Г ОДОЖеП Я;

0)22 - радиус Гауссова учка во BTopoii

0 ОрНОЙ ЛОСкости,

Использова ие )ави.та АВС13 как д.тя расчета ,метров Гауссова пучка, реоб- разованпого О тической системой, так и д.тя определения элеме Т()в .тучевой матриц, ie- обра, О тической системы, т.е, ских парамет|)()в о гической систем, (.м яется к тех)1ке расчега .Т),и) ГауССО и)Х уЧКО, Но об)

1р О1 |1еде, .чучево атpH Ujl реоб|)аЗОВа)Я О ра Ч аНГГеЯ 0,ТО ,)М ЧеС К И ;) C CT eN а , , 1

зуя i качестве ОПО|)) П,Т(еК()СТЧ НТОС1(1- СТ ПереТЯЖК,

)) д.тя О рС;1е. (|)(() ра; (Я КО1)ОТ ч01}10КуС н ) ( (1 i )1ате,ТЬН(, Й i l CT4 M СОДС)Ж ПЦЫ ОДОИ)Й )()Ма 131ЧеСКИ1 ) I , : беспеч ва 01 И1| ) моду с Гауе1, 10||ереч П,.м , Де. ин .тюбом сечен чка с Л-МК,М 1

мм, |О. e.

)

му 2, адак) .

O 0pi :o t ,1ОСКОСТ( .3 1С Туе МОЙ е 1С eN,,, | ia, ереТЯЖК (Ht.i pai C ()

0

5

0

, ,,- л 10,1 ЮеТ ))) СТО.Т i К 4, 1 а О , И

ереме ие 1е С)туемой С 1стем,1 Г) )до.т о 1Г ческой а расстоя ие и ска

)1 Н).1Й (|м ITO I К (), ,ТОСК()СТ) KOTopoi o с vr()poii опор- Hoii : тоекос г)К) 7 ,)). ci taccioИ ;1 iL. : ,i u, )Т -еМ011 СИСГеМ.,

в ЧаСГ(1,,ДИ. д.тя (}()(0- () расСТОЯН Я е..Х (J :. с Df 1 мм б).то СООра О уС1 )01К Т 0 с таЗерОМ. Т)..Т1, .ТИ 1зой с i -- 1.(,1 мм, ) д еретяжк 1 2u),ii 60 мкм,

уемая е егема с I). 5: 1 мм 1.6 мм ..тас) ia

СТ().(, 4 I.ICCT () lIl JjJ от t, ,1 ОС KOCT

еретяжк(. Ma |1 1естоя 1

ТОЛ- , Г) м м

35

-- л/ .. -т V о,

5

0

()ядка |П{)|) ) (гг иснытчемой дкдемы разменга.тся екани 1ук)ни111 (})ото,т1 меп i гипа 0 Ф/1 . К)стировг)чный CTO.IHK обгспечива.т перемещение в ,е.тах 2 ,мм с гочностьк) .) мкм.

Фокусное 1)ассгоянпе испытуемой систем1 | с()став,1яет ,74+O.O. -i мм,

(дюсоб ос ни сгв.тяегся с,)Н1им образо,м,

Основная мода с Гауссовым .те пием интенсивности OT.iaiepa I , 1Г 77 нре- образуегся по.тожнте.тьно линзой 2 с пз- вестн1 1мя оп;иче1 кпми парамет |1ами н Гауе- coii с Н1.;м расн(1, и диаметром пе 1егяжки 2(iii, ) оп- тпческая сисгема .) с помсиныо п(,)движп)- го К)ст И 1овочног() сто.тпка 4 ycTanaiiTHiiae- (мея па расст ояпии

li

.Tlilil

2/.

-V,

от e) .ТОСКОСТ , 5

тяжки. На расстоя)и (ГС

п.тоскост |ере

(1 I от

мой оптической системы с помощью сканирующего приемника во второй опорной плоскости 7 определяется диаметр Гауссова пучка 2а)2|. Далее испытуемая оптическая система смещается на расстояние и определяется диаметр Гауссова пучка во второй опорной плоскости 2(1)22. По результатам измерений по ариближенной формуле (2) определяется фокусное расстояние испытуемой оптической системы.

Формула изобретения

Способ определения фокусного расстояния оптической системы, включающий измерение диаметра Гауссова пучка в перетяжке, установку испытуемой оптической системы на определенном расстоянии от перетяжки, измерение диаметра Гауссова пучка, преобразованного испытуемой оптической системой, и определение по измеренным параметрам величины фокусного расстояния испы туемой оптической системы, отличающийся тем, что, с целью расширения функцио

I

/

I t . hiKTop и. Рыбч1 НК( ( 4802/41

Составитель А. Миронов

Техред И. ВересКорректо); Л, I -Hthn

Тираж . uiMi iKje

ВНИИПИ Г()С ларстнеиного комитета ССС Р по делам изобретений и открытий

1 13035, ААосква. Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 11рон:1водственно-г1о,титрафичсское предприятие, г. Ужг ород, ул. Проектная, 4

нальных возможностей за счет обеспечения возможности определения фокусного расстояния микрооптической отрицательной системы с одновременным повышением точности, расстояние от оптической системы до перетяжки выбирают не превышающим

V

Ы01

где о)« - радиус первой линзы испытуемой оптической системы;

(оо|- радиус перетяжки Гауссова пучка;

А - длина волны светового излучения, затем измеряют диаметр Гауссова пучка, преобразованного испытуемой оптической системой, в плоскости, расстояние до которой от испытуемой оптической системы d2 di, затем смещают испытуемую опгиче- скую систему на расстояние AdsC di и вновь измеряют диаметр преобразованного испытуемой оптической системой Гауссова пучка в той же самой плоскости перетяжки.

ив. I

Изобретение относится к измерительной технике и позво.чяет расширить функциональные возможности способа за счет обеспечения возможности определения фокусного расстояния микрооптической отрицательной системы с одновременным повыше- ние.м точности. Положительная линза 2 преобразует основную моду с Гауссовым распределением интенсивности от лазера 1 в Гауссов пучок с известными расположением и диаметром перетяжки. Устанавливают испытуемую оптическую систему 5 пе()едвиже- нием юстировочного столика 4 на расстоянии di от плоскости 3 перетяжки. В плоскости 7, отстоящей от испытуемой оптической системы на d d|, измеряют диаметр Гауссова пучка, преобразованно1ч) этой системой, и повторяют это измерение после дополнительного смешении системы на Ad d,. 2 ил. 01 а ос а ; о; uz. 2