Устройство для измерения разности хода в эталоне фабри-перо Советский патент 1979 года по МПК G01J3/26 G01B9/02 

ным детектором. Опорное напряжение на синхронный детектор,поступает от звукового генератрра. (На выходе синхронного детектора установлен показывающий прибор - микроамперметр с нулем посередине шкалы. Прохождение стрелки показывающего прибора через нуль соответствует настройке на первый, второй и т.д. максимумы (ил минимумы) интерференции. При этом дробная часть порядка интерференции определяется-как где (J-( / Ug Показания цифрового воль метра при наведении-на первый и вто рой максимумы интерференции. Разность хода Д в интерферометре пропорциональна величине порядка интерференции, к; д 1 Л , где А - дл на волны света, поэтому измерения разности хода в этом устройстве как и в предлагаемом устройстве сводятся к измерению дробной части порядка интерференции (целую часть поряд ка интерференции определяют или с помощью метода совпадения дробных частей или из предварительных более грубых измерений). С помощью этого устройства возможно измерение дробной части поряд ка интерференции с погрешностью 0,003, определяемой в основном тепл вым расширением пьезокерамического элемента, нелинейностью его электро механической характеристики, а такж невысокой виброустойчивостью блока эталона Фабри-Перо. Такая точность в ряде случаев недостаточна, например, при сравнении длин волн лазеров, стабилизированных по частоте и измерении:показателя преломления эталонных образцов. Кроме того, про цесс измерения затруднен необходимостью поддерживать температуру внутри полости вакуумной к.амеры с очень высокой точностью и проводить частные переюстировки эталона Фабри-Перо в процессе измерений. Целью изобретения является повышение точности измерения разности хода (дробной части порядка интерференции) в эталоне Фабри-Перо. Это достигается тем, что в устройстве модулятор разности хода выполнен дв виде объектива коллиматора, связанного с приводом и установленного с возможностью колебания в направлении, перпендикулярном к оптичесКЪй оси, эталон Фабри-Перо выполнен плоскопараллельной пластины с отражающими покрытиями. выполняющей одновременно роль компе

сатора разности хода и расположенной на поворотнс столе, снабженном средством для измерения угла поворота, при этом ось вращения эталона параллельна направлению колебания объек.тива коллиматора.

ройке на первый, второй и т.д. максимумы (или минимумы) интерференции. Поворачивая эталон Фабри-Перо ь и тем самым меняя разность хода в нем, можно настроиться на ближайший мaкcи м интерференции. На чертеже изображена схема устройства для измерения разности хода в эталоне Фабри-Перо, Устройство содержит осветитель, включающий спектральную лампу 1, конденсатор 2, диафрагму 3, светофильтр 4, объектив 5 коллиматора, на оптической оси которого находится стабильный эталон Фабри-Перо б. Устройство также имеет выходной объектив 7, фотоэлектронный умножитель 8, связанный с блоком регистрации, включающим узкополосный усилитель 9 с синхронным детектором и показывающий прибор 10 с нулем посередине шкалы, камертонный генератор, содержащий блок питания 11 и электромагнит 12, средство для измерения угла поворота, включающее поворотный стол 13, находящийся на оси лимба 14, зеркало 15 и микроскоп 16., В этом устройстве модулятор разности хода выполнен в виде объектива 5 коллиматора, который жестко скреплен с якорем элодтромагнита 12. Стабильный эталон Фабри-Перо 6 представляет собой плоско-лараллельную стеклянную пластину, покрытую с двух сторон полупрозрачными отражающими слоями. Роль компенсатора разности хода здесь выполняет эталон Фабри-Перо 6, который устанавливается на поворотном столе 13. Устройство работает следующим образом. Переменное электромагнитное поле, создаваемое электромагнитом 12, заставляет камертон и, следовательно, объектив 5 коллиматора совершать колебательное движение с амплитудой равной приблизительно 1/30 ширины интерференционной полосы в направлении, перпендикулярном к оптической оси, с частотой около 20 Гц. Параллельный пучок монохроматического света, прошедший объектив 5, падает на эталон Фабри-Перо 6. Периодическое измерение угла падения пучка света, падающего на эталон 6, и соответствующее ему периодическое изменение разности хода вызывает модуляцию потока излучения, выходящего из эталона Фабри-Перо 6. Сигнал с фотоумножителя 8, вызванный падающим на него промодулированным световым потоком, подается на узкополосный усилиталь 9 с синхронным детектором. Опорное напряжение на синхронный детектор поступает от блока питания 11 камертонного генератора. Прохождение стрелки , показывающего грибора 10, установленного на выходе синхронного детектора, через нуль соответствует настПроцесс измерения заключается в следующем, По автоколлимации выставляют эталон Фабри-Перо 6 перпендикулярно к падающему световому потоку. При этом с помощью микроскопа и зеркала 15 снимают отсчет по шкале лимба 14. Поворачивают поворо ный стол 13 с эталоном Фабри-Перо 6 до тех пор, пока стрелка показыва ющего прибора не пройдет через нуль что соответствует установке на перв максимум. В этом положении снимают второй отсчет шкале лимба 14. Вычисляют дробную часть порядка интерференции по формуле N(p)2-B )2 е---5 (-1) где N - целая часть порядка интерференции. Формула (1) легко получается из уравнений 2lin-() и 2hncos tP 2P-iNA, где h - длина эталона; п - показатель преломления среды между зеркалами. Затем окончательно определяют разность хода Д из выражения Дифференцируя уравнение (1), мож но получить ориентировочное выражение для погрешности измерения дробной части, получаемой при использов нии предлагаемого устройства E---(,}c. С2) Подставляя в выражение ( значения мм, Л 610 мА-, ,5 угл.мин. (ширина интерференционной полосы для эталона Фабри-Перо толщиной 10 мм),д 1, получаем о 0,001.- Отсюда следует, что измерение угла поворота с погрещносгью порядка l позволяет измерять с погрешностью 10 . Формула изобретения Устройство для измерения разности хода в эталоне Фабри-Перо, содержащее осветитель, модулятор разности хода, компенсатор разности хода, фотоприемник и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения модулятор Еазности хода выполнен в виде объектива коллиматора, связанного с приводом и установленного с возможностью колебания в направлении, перпендикулярном к оптической оси, эталон Фабри-Перо выполнен в виде плоскопараллельной пластины с отражающиг,1и покрытиями, выполняющей одновременно роль компенсатора разности хода и расположенной на поворотном столе, снабженном средством для измерения угла поворота, при этом ось вращения эталона параллельна направлению колебания объектива коллиматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Толанский С. Спектроскопия высокой разрешающей силы. М., ИЛ, 1955, с.195-196. 2.Батарчукова Н.Р. и др. Государственный специальный эталон едит виды длины для спектроскопии в диапазоне О,, 186-30 мнм, Измерительная техника , 1974, 6, с.49-50.