Способ измерения длины волны излучения и измеритель для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G02F1/33 

/

Изобретение относится к спектрометрии и может быть использовано при создании спектральных прибрров и измерительных лазерных комплексов, основанных на применении пррестраи- .ваемых лазеров.

Целью изобретения является повышение точности измерения длины волны излучения.

При дифракции коллимироваиного пучка излучения на периодической структуре в общем случае реализуется зави- .симость длины волны излучения Я от периода решетки d и углов падения Ф и дифракции

-Я d(sinV+ sin) (-1) При неизменном угле дифракции Cf const) для различных длин волн уравнение (1) выполняется при - разных углах падения. При этом возникает задача прецизионного управления углом падения на периодическую структуру и измерения изменения этого угла. Для этой цели может использог., ваться, например, дифракция светового пучка на управляемой звуковой решетке, образованной УЗ-волной в светозвуко- проводе акустооптического дефлектора. В этом случае выполняется соотно- шение

СП

со

о

со

. . -|- (sin + sin 9. )

I L

(2)

для любого значения длины световой волны Я,- , угпп дифракции Q и Частоты УЗ-волны (v - скорость звуковой волны в материале светозвукопро- вода, - угол падения светового пучка на звуковую решетку). Изменением при постояшюм значении 1 можно прецизионно управлять углом отклонения б,-. Если акустооптичес- кий де111лектор рягнололен перед периодической структурой (г,иФгакт(ионной регаеткой), то измененио 0, эквива- - теитно измеиен(Г10 угла падения ф. светового пучка та периодическую структуру, т.е. Л0,- - . При дифракции пучкон излуигния с извест- 1гьгми длинами поли , процессе калибропки) на периодической ст укту- ре спрансдляяы гоотноптения

Л; d(sin % f r,in j 1,- u(z(n -t-

(3) (A)

71ля пучкм излучения с Неизвестной длииo полны /) у , дифрагирующего под тр.м же углом , выполня(ет ;я уравгтение

rt(sl

SI л j( + sin f

(5)

Совместное i erneHiie ураннент (3-5) с уравненияьп V - 0, - г 4 V, (6), Ч , 0, (7) позволяет определить искомую длину волны . по известштм значениям d,, и, измерепш.т-1 , м

Точность измерения ,( определяется точностью определения длин волн , и , точностью фиксации постоянного значения угла дифракции; точностью прострапстренно-углового сов- мещгш1Я пучкоп излушния С длинами волн 4 2 падения на парно дич е ск ую с -1 р s K ур V, точ н ос т ью измерения иямрнения угла падения.

, На 4epT yKf щ инедена оптическая схема измерителя длины волны нзлу- чения, реализу1оч1 го этот способ.

Устройство содержит последовательно распппо : 41гп,1. оптическую систему формиропачмр in:jrio4тощую делитель- Hbrfi кубик 1 , .игикс-электронную смет му совмещоиик пп напряппеииям калибровочных и . рительного пучков,

состояггум из объектива 2, в фокальной плоскости 3 которого расположен ноэиционно-чувствительный фотоприемник 4, соединеннъгй с операционным усилителем 5 и регистрирующим прибо ром 6, расширитель излучения 7, за которым последовательно расположены акустооптический дефлектор 8,

дифракционная рететка 9 и фотоэлектрический регистратор, помещешгый за фокусирующим объективом )0 в его фокальной плоскости 11. Регистратор - . Состоит из позиционно-чувствительно5 приемника 12, электрически соединенного с операционнъм усилителем 13 и регистрирующим прибором 14. Устройство дополнительно содержит синтезатор радиочастот 15 с блоком 16

Q плавной регулировки частоты и блоком 17 контроля длины волны излучения. Синтезатор 15 электрически соединен с акустооптическим дефлектором 8, а блок 16 плавной регулировки частоты

5 соединен с операционным усилителем 13. В качестве приемника 12 может быть использована линейка позицион- но-чувствительных приемников.

Устройство работает следующим обQ разом.

На этапе калибровки пучки излучения с известными длинами волн и 1 совмещают по направле1шю с по- . мощью системы элементов 2-6, вы- полияюг4ей функцию пространственно- углового фильтра, добиваясь одинакового сигнала с фотоприемника 4 на регистрирующем приборе 6. Затем расширенные телескопом пучки последовательно направляют на дифракцион- ную решетку 9 , через дефлектор 8. , Дифрагированные пучки фиксируются фотоэлектрическим регистратором (12 - 14). Контролируют частоты ра5 диосигналов, управляющих дефлектором В, при котором сигнал с приемника 12 на регистр1фующем приборе 14 имеет одну и ту же величину. Параллельная информация об этом поступает с операционного усилителя 13 на Злок 16 плавной регулировки частоты, прекращая перестройку синтезатора частот 15. В результате для излуче- имя с длинами волн и К„ обеспечивается постоянный угол дифракции и производнтся контроль угла падения на дифракцион1гую решетку. Затем на светоделителылш кубик 1 направляют пучок излуюния с измеря

5

0

0

5

1П

емой длиной волны. Совмепитгот его по направлению с пучками 7 , используя систему элементов 2 - 6, а затем подбирают и фиксируют значение частоты радиосигнала, при котором пучок

попадает точно на позиционно-чуп- ствнтелъный приемник 12, Разность значений частот однозначно связана с изменением угла отклонения, т.е. с изменением угла падегшя каждого пучка на решетку, что позволяет решить снстену уравнений типа (З - 7). В результате блок 17 контроля длины волны излучения определяет и выдает значение Л .

I

Формула изобретения

1. Способ измерения длины волны излучения, заключающийся в том, что на периодическую структуру направляют коллимированный пучок излучения с дтшой волны и регистрируют угло- вые смещения дифрагированного сфокусированного пучка, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния точности измерений, на периодическую структуру последовательно направляют совмещенные по направлению пучки излучения с известными длинами воли

Я, и измеряемой длиной волны

/Я jфиксирует местоположение дифрагированного сфокуснрованного пучка с длиной волны Я, , изменяют углы падения пучков излучения с длинами волн

Л до совпадения местоположения дифрагированных сфокусированных пучков этих длин волн с зафиксирован- ньм ранее для пучка с длиной волны

JY и определяют искомую длину волны Я If по измеренным изменениям дЦ углов падения, известным значениям длин волн Ц , il и пространственной -частоте d периодической структуры из системы уравнений:

-Я, -d(sin 4- пгпЧ)

1j-d(sin i + sin)

(l(sin )

лЧ ,

ii

(1)

(2)

- , . 1

где V, , V ,Ф - углы падения свето- вых пучкоЕ с длинами волн Л, , 71 jf/ соответственно на периодическую струк- -,туру,

Cf - углы дифракции све-i iтовых пучков.

2. Измеритель длины волны излучения, содержащий оптически связан- ные систему формирования пучков, пространственно-угловой фильтр, дифракционную решетку, фокусирующий объек- тив и фотоэлектрический регистратор, расположенный в фокальной плоскости объектива, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений, в устройство дополни - тельно введены акустооптический дефлектор, синтезатор частоты, блоки плавной регулировки частоты и контроля длины волны излучения, при этом дефлектор размещен перед дифракционной решеткой и установлен так, что плоскость отклонения пучка совпадает с плоскостью дисперсии решетки, фотоэлектрический регистратор выполнен в виде познционко-чувствительного фотоприемника, электрически связанного с последовательно соединенными опера- ционным усилителем и индикатором положения сфокусированного дифрагированного пучка, синтезатор частоты соединен с выходом блока плавной регу лировки чистоты и блоком контроля длины волны нзлучения, а вход блока плавной регулировки частоты соединен с выходом операционного усилителя.

Л, А,

Изобретение может быть использовано в метрологии при создании п. спектралылпс приборов и измерительных лазерных комплексов. Цель изобретения - повышение точности измерений длинь волны излучения. Способ состоит в изменении углов падения пучков излт. чения с известными и искомой длинами волн до достижения одного и того же значения угла дифракции. При этом иском по длину волны определяют по измеиению углов паде11ия, известным значениям калибровочных длин волн и пространственной частоте периодической структуры. Измеритель длины вол- гы излучения содержит акустооптичес- К11Й дефлектор, установленный перед дифракционной решет1сой, и фотоэлектрический регистратор, вьтолненный в пиде позиционно-чувствительного при- емншса, связанного через операционный усилитель с блоком плавной регулировки частоты синтезатора частот, управляющего деф1пектором. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. (Л с