Голографическая дифракционная решетка Советский патент 1991 года по МПК G02B5/18 

Изобретение относится к спектроскопии и к устройствам для измерения линейных перемещений, используемым в метрологии, и может быть применено в оптико-механической промышленности и машиностроении.

Цель изобретения - повышение качества решетки и обеспечиваемое благодаря этому повышение точности измерения и качества поверки высокочастотных штриховых мер.

На фиг.1 показана схема перекрытия фазированных участков периодических штрихов в рассматриваемой конструкции решетки; на фиг.2 - то же, разрез; на фиг.З - картина совмещения фаз штрихов в зоне перекрытия (пунктир указывает на то, что количество штрихов, попадающих в эту зону, зависит от ее длины); на фиг.4 - изменение глубины модуляции Q на одном из участков голографической решетки с координатами по ее длине L от 79 до 93 мм. куда

входит одна зона перекрытия шири,,ой о мм (от 84 до 86 мм).

Голографическая дифракционная решетка состоит из под юж 1 и нанесенного на нее фоточувствительного слоя 2, в котором сформирована система периодических штрихов (на фиг.1. 2 не показаны), сгруппи рованных в расположенных последовательно вдоль направления, перпендикулярного штрихам, и фазированных между собой участках 3, 4 и 5. При этом граница 6 участка 3 перекрывает границу 7 участка 4, а граница 8 участка 4 - границу 9 участка 5 Фазы накладывающихся штрихов совпадают (см. фиг.З).

Решетка записывается бесконтактным интерференционным способом Она синтезируется последовательно из отдельных участков длиной I, равных целому числу периодов штрихов, входящих в апертуру интерференционного поля. После засветки каждого отдельного участка решетка перемещается на расстояние меньше I и такоь

СО

С

Os

сл

о

,4 00

со

чтобы при любой погрешности перемещения механических элементов на границе стыковки двух соседних участков всегда было перекрытие штрихов.

Затем осуществляется фазирование между записанным участком и участком интерференционного поля и снова дается засветка для копирования очередного участка. При этом фазирование двух соседних участков осуществляется по картине му- аровых полос.

Предлагаемая решетка сохраняет равномерность распределения штрихов в местах перекрытия, а также равномерную дифракционную эффективность. Это обус- ловлено тем, что равномерность распределения штрихов в любом месте решетки определяется равномерностью распределения полос копируемого участка интерференционного поля. В то же время равномерный участок интерференционного поля выбирается таким,, что в него входят области стыковки. Таким образом, равномерное распределение присутствует на всем протяжении этих участков. Даже для линз с апертурой 150 мм равномерность не хуже А (50) 0,01 мкм при длине волны Я 0,63 мкм/на длине 70 мм. Равномерность областей стыковок обеспечивается также точным совмещением (фазировани- ем) штрихов в местах перекрытия. Это точность не хуже Я /100.

При работе решетки в системах определения линейных перемещений осуществляется счет интерференционных полос, полученных в результате дифракции света на двух дифракционных решетках, обращенных друг к другу фоточувствительными слоями 2, нанесенными на стеклянные подложки 1. Одна из решеток представляет со-

бой рассматриваемую конструкцию и выполняет роль измерительной решетки, а вторая индикаторная. Длина измерительной решетки должна соответствовать длине измеряемого перемещения или измеряемой длине. Непрерывность считываемой интерференционной полосы указывает на отсутствие разрывности в расположении штрихов, а отсутствие скачков вдоль полосы в области стыковки - на точное совмещение фазы штрихов (как показано на фиг.З). Только такая полоса может обеспечить высокую точность измерения перемещений или длин.

Как видно из фиг.4 в зоне перекрытия, обозначенной пунктиром, глубина модуляции отличается от максимального значения на 3,6%, а вне этой зоны - на 2,6%, т.е. отличия в дифракционной эффективности имеют один и тот же порядок и не влияют на точность счета интерференционных полос.

В качестве примера была синтезирована решетка длиной 1 м с частотой 1000 лин/мм с непрерывным распределением штрихов вдоль ее длины за счет перекрытия штрихов в области стыковок. Она была записана на стеклянной подложке, покрытой высокоразрешающей фотографической эмульсией ПЭ-2. Решетка обладает высокой равномерностью распределенит штрихов на всей длине, включая и область перекрытия. Погрешность решетки не более 1 мкм/м, что соответствует О классу штриховых образцовых мер.

Данная решетка была использована в качестве измерительного элемента в датчике линейных перемещений в паре с малой индикаторной решеткой. Данные по глубине модуляции этой решетки приведены на фиг 4

J 7ч в Фиг1 Л 8 5 г

с, м-:-, 1К , У- f t« /, /t s ft /, / ,/ / / -/ Г

T

T

Jj CT, Oo « -T Q rr N-J Г rr hr

dT

§

T

r