1
(21)4336665/10 (22)06 1087 (46)2304.91. Бюл. г 15
(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт радиовещательного приема и акустики им. А.С.Попова
(72)В.С.Гуревич и Л М Шпигель
(53)535.8 (088 8)
(56)Патент США
№ 4212540, кл G 01 В 9/0,1980
(54)КОТИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
(57)Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах испытания оптических систем, при юстировке прецизионных лазерных измерительных устройств и оптической записи и воспроизведения информации. Устройство содержит основание 1, нэ котором соосно установлены лэзер 4, коллиматор 5 и фотоприемник 8, связанный с измерительным устройством Для уменьшения зависимости методики юс ировки от распределения интенсивности в сечении лазерного пучка и уменьшения продольных габаритов устройства после коллиматора 5 установлена плоскопараллельная полупрозрачная пластина 6. кинематически связанная с вибратором 7, причем начальный угол наклона пластины к оси лазерного пучка
кsin2Q
выбирается из условия - -sirfQ
R
- , где Q - начальный угол наклона пластины к оси лазерного пучка, N - показатель преломления материала пластины; D - толщина пластины; R - радиус сечения лазерного пучка после коллиматора, а измерительное устройство выполнено в виде осциллографа 3 ил
ё
Изобретение относится к приборам для испытания оптических р может быть использовано при настройке прецизионных лазерных измерительных устройств, а также оптических систем записи и воспроизведения информации,
Целью изобретения является уменьшение зависимости методики юстировки от распределения ин генсивности в сечении лазерного лучка и уменьшение продольных габаритов устройства
На фиг, 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - вид световых пятен на фотодетекторе; на фиг. 3 - вид дискриминационной характеристики датчика параллельности.
Схема содержит основание 1 с двумя кронштейнами 2 и 3. На кронштейне 2 установлен настраиваемый прибор, формирующий лазерный пучок, включающий в себя лазер 4 и коллиматор 5. Между кронштейнами установлена плоскопараллельная пластина 6 с полупрозрачными поверхностями, кинематически связанная с пьезокерамиче- ским вибратором 7, на кронштейне 3 соосно с настраиваемым прибором установлен фотоприемник 8, выход которого соединен с входом осциллографа 9.
Устройство работает следующим образом.
Излучение лазера 4, преобразованное коллиматором 5 в световой пучок, падает на
О 4 OJ Ю vj
плоскопараллельную пластину, расположенную под углом а к оси лазерного пучка, и делится на ряд пучков, ai, 82, азсдвинутых один относительного другого. Указанные световые пучки падают на фотодиод 8, где интерферируют между собой. Малые угловые колебания плоскопараллельной пластины вызывают колебания фазы интерферирующих пучков и соответствующие колебания мощности на фотодиоде.
При настройке, смещая коллиматор 5 вдоль оси, добиваются максимальной амплитуды синусоидального сигнала на экране осциллографа 9. Максимум амплитуды сигнала достигается только тогда, когда в плоскости фотодиода интерферируют пучки с плоским волновым фронтом, при этом максимальная точность достигается, когда пластина установлена под углом, определяемым по формуле
VN 2 - sin2 Q
R
D
где R - радиус поперечного лазерного пучка;
D - толщина пластины;
Q - угол наклона пластины к оси лазерного пучка;
N - показатель преломления пластины.
На фиг. 2 показан вид световых пятен ai, 32, .... на фотоприемнике 8. Центры световых пятен отстоят друг от друга на величину, равную радиусу светового пучка.
D sin 2 Q N 2 - sin2 Q
В результате интерференции пятен ai и 32 в области их пересечения образуется интерференционная картина, состоящая из чередующихся параллельных темных и светлых полос с периодом
l
AR «S
(3)
где А-длина волны излучения;
S - расстояние между центрами соседних световых пятен;
а,- угол расходимости светового пучка.
При колебаниях пластины 6 происходит смещение интерференционных полос по фотоприемнику, при этом, если период интерференционной картины меньше ширины области перекрытия, сигнала на фотоприемнике нет.
При уменьшении угла расходимости светового пучка, падающего на пластину 6, период L-интерференционной картины уве
личивается, когда период интерференционной картины становится равным ширине области перекрытия световых пятен, движение интерферирующих полос по фотоприемнику представляется миганием в области перекрытия, и на фотоприемнике появляется переменный сигнал, в соответствии с формулой (3) это происходит при угле расходимости, равном
«д
ЯН В S
(4)
15
20
25
30
35
где В - ширина области перекрытия световых пятен;
ад - угол детектирования, т.е. угол расходимости, соответствующий появлению заметного сигнала на фотоприемнике.
При дальнейшем уменьшении угла расходимости амплитуда сигнала на фотоприемнике возрастает и становится максимальной при угле расходимости равном нулю, т.е. когда лазерный пучок становится параллельным.
На фиг. 3 показан вид дискриминационной характеристики датчика параллельности предлагаемого устройства, т.е. зависимость амплитуды сигнала фотодетектора от угла расходимости лазерного пучка,
Для получения максимальной точности настройки параллельности необходимо обеспечить максимальную крутизну дискриминационной характеристики, т.е. обеспечить минимальное значение угла детектирования. Согласно фиг. 2
В 2R - S.(5)
С учетом (4) получают
«д
AR
(2R-S)S
(6)
Из формулы видно, что угол детектирования принимает минимальное значение при S R. С учетом (2) получают условие (1) максимальной крутизны дискриминационной характеристики.
При выполнении условия (1) погрешность настройки параллельности меньше одной трети угла детектирования, т.е.
Д«
3R
(7)
Размах I и частота F вибраций пластины устанавливаются такими, чтобы частота сигнала на фотоп риемнике была не менее 100 Гц для наблюдения на осциллографе устойчивой картины. Это.условие выполняется, если одному полупериоду колебания пластины соответствует не менее 10 периодов
в сигнале фотодиода. Следовательно, угловой размах вибраций пластины должен выбираться из условия
I 10U,(8)
где U - угол поворота пластины, соответствующий одному периоду в сигнале фотоприемника, т.е. смещению интерференционной картины в плоскости фотоприемника на один период.
Поскольку U A/S, и учитывая, что максимальная чувствительность достигается при S R, получают для минимального размаха вибраций
О
10 Я R
Частота вибраций выбирается с учетом того, что частота сигналов на фотоприемнике в К 2I/U раз выше частоты вибраций пластины, т.е.
р 21
Рп-ц
где Fn - частота сигнала на фотоприемнике. Тогда из условия Fn 100 Гц получают зависимость минимально допустимой частоты вибраций пластины F от размаха I ее вибраций
F
50 Я I R
(11)
10
15
Формула изобретения Юстировочное устройство, содержащее основание, на котором соосно установлены лазер, коллиматор и фотоприемник, связанный с измерительным устройством, отличающееся тем, что, с целью уменьшения зависимости методики юстировки от распределения интенсивности в сечении лазерного пучка и уменьшения продольных габаритов устройства, после коллиматора установлена плоскопараллельная полупрозрачная пластина, кинематически связанная с вибратором, причем начальный угол наклона пластины и оси лазерного пучка выбирается из условия
20
sin 2 Q
N -sln cf
R D
25
30
где Q - начальный угол наклона пластины к оси лазерного пучка;
N - показатель преломления материала пластины,
D - толщина пластины;
R - радиус сечения лазерного пучка после коллиматора,
а измерительное устройство выполнено в виде осциллографа.
аз
/
Фиа.2
