RU2502951C1 - Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object - Google Patents
Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502951C1 RU2502951C1 RU2012125012/28A RU2012125012A RU2502951C1 RU 2502951 C1 RU2502951 C1 RU 2502951C1 RU 2012125012/28 A RU2012125012/28 A RU 2012125012/28A RU 2012125012 A RU2012125012 A RU 2012125012A RU 2502951 C1 RU2502951 C1 RU 2502951C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- inclined surface
- sections
- monochromatic radiation
- plates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к прецизионной измерительной технике, преимущественно к области оптических средств (устройств) прецизионного контроля положения (позиционирования) одного объекта относительно другого. Оно может найти применение в научных исследованиях, промышленности, в технологиях изготовления точных элементов и узлов, в системах автоматического управления элементами устройств и инструментов, в технологическом оборудовании.The invention relates to precision measuring equipment, mainly to the field of optical means (devices) of precision position control (positioning) of one object relative to another. It can find application in scientific research, industry, in the technology of manufacturing precision elements and assemblies, in automatic control systems for elements of devices and tools, in technological equipment.
Известен способ измерения положения объекта, описанный в патенте на изобретение RU 2146039, в котором для измерения положения объекта устанавливают, по крайней мере, одну световую марку на поверхности объекта и определяют пространственные координаты этой световой марки по положению ее изображения на координатно-чувствительном фотоприемном устройстве оптической камеры, при этом в качестве световой марки используют импульсный световой излучатель, фаза и частота которого синхронизированы с запуском фотоприемного устройства оптической камеры.A known method for measuring the position of an object is described in the patent for invention RU 2146039, in which for measuring the position of an object at least one light mark is installed on the surface of the object and the spatial coordinates of this light mark are determined by the position of its image on a coordinate-sensitive photodetector optical device cameras, and a pulsed light emitter is used as the light mark, the phase and frequency of which are synchronized with the launch of the photodetector optical camera ry.
Однако, точность измерения с применением этого способа, как правило, не превышает длины волны (~ 600 нм).However, the measurement accuracy using this method, as a rule, does not exceed the wavelength (~ 600 nm).
По сравнению с измерителем, в котором используется вышеуказанный способ, работающий по принципу построения изображения, большей точностью обладает измеритель, работающий на интерференционном принципе, как, например, интерферометр для измерения перемещений, описанный в патенте на изобретение RU 2025655, в котором одночастотный лазер генерирует линейно поляризованное излучение, которое через последовательно расположенные по ходу луча лазера телескопическую систему, светоделитель, два уголковых отражателя, один из которых размещен в измерительном плече, а другой - в опорном плече, четвертволновую пластину, расположенную в измерительном плече, и два поляризатора поступает в фотоэлектрическую систему обработки квадратурных интерференционных сигналов, образующихся в результате того, что поляризаторы установлены так, что их главные оси пропускания взаимно перпендикулярны и составляют угол 45°±1° к направлению поляризации излучения лазера.Compared to a meter that uses the above method, which works on the principle of imaging, a meter that works on the interference principle, such as an interferometer for measuring displacements described in patent RU 2025655, in which a single-frequency laser generates linearly, has more accuracy. polarized radiation, which through a telescopic system sequentially located along the laser beam, a beam splitter, two corner reflectors, one of which is placed in the the shoulder, and the other in the support arm, a quarter-wave plate located in the measuring arm, and two polarizers enter the photoelectric processing system of the quadrature interference signals resulting from the fact that the polarizers are installed so that their main transmission axes are mutually perpendicular and make an angle 45 ° ± 1 ° to the direction of polarization of the laser radiation.
Однако в указанном интерферометре для измерения перемещений используются интерферометры типа Майкельсона, в которых разнесенность плеч: опорного и измерительного, зависимость светоделителя от температуры, а также отсутствие разделения сигналов по фазе и амплитуде интерферограммы не дает возможность обеспечения нано и субнанометровой точности измерений.However, in the indicated interferometer, Michelson type interferometers are used for displacement measurements, in which the spacing of the shoulders: reference and measuring, the dependence of the beam splitter on temperature, and the lack of separation of signals by phase and amplitude of the interferogram does not make it possible to ensure nano and subnanometer measurement accuracy.
Кроме этого, использование в устройстве уголкового отражателя не позволяет получать информацию об ориентации в пространстве перемещаемого объекта, а применение поляризационной оптики приводит к сложности и дороговизне устройства.In addition, the use of a corner reflector in the device does not allow obtaining information about the orientation in space of the moving object, and the use of polarized optics leads to the complexity and high cost of the device.
Известно оптическое устройство для измерения перемещений объектов контроля, основанное на применении интерференционного метода, как, например RU 2169348, содержащее оптически связанные и последовательно размещенные точечный источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, закрепленный на поверхности объекта контроля, и экран с установленными на нем фотоприемными устройствами. При этом светоделитель и отражатель расположены относительно друг друга под углом. Полученная при совмещении опорного и объектного пучков интерференционная картина, представляющая собой совокупность колец различной интенсивности, проецируется на экран, а фотоприемные устройства (например, фотодиоды) установлены в кольцах интерференционной картины. Перемещения определяются на основе измерения и анализа изменений параметров интерферограммы в плоскости фотоприемного устройства, которые обусловлены перемещениями объекта измерений.A known optical device for measuring the displacements of control objects, based on the application of the interference method, such as, for example, RU 2169348, containing optically coupled and sequentially placed point source of coherent optical radiation, an optical system, a beam splitter, a reflector mounted on the surface of the control object, and a screen with installed on it with photodetectors. In this case, the beam splitter and the reflector are located relative to each other at an angle. The interference pattern obtained by combining the reference and object beams, which is a collection of rings of different intensities, is projected onto the screen, and photodetectors (for example, photodiodes) are installed in the rings of the interference pattern. The movements are determined on the basis of the measurement and analysis of changes in the parameters of the interferogram in the plane of the photodetector, which are caused by the movements of the measurement object.
Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что при перемещении объекта контроля воспроизводимые описанным выше устройством интерференционные картины имеют в пределах кольца одного порядка неравнозначное изменение интенсивности оптического поля. Поэтому размещение фотоприемников произвольно в кольцах интерференционной картины в плоскости экрана, как это реализуется в устройстве-аналоге RU 2169348, приводит к внесению погрешностей в результаты измерений.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurements, due to the fact that when moving the control object reproduced by the device described above, the interference patterns within the ring of the same order have an unequal change in the intensity of the optical field. Therefore, the placement of photodetectors arbitrarily in the rings of the interference pattern in the plane of the screen, as is implemented in the device-analogue of RU 2169348, leads to the introduction of errors in the measurement results.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является оптическое устройство для измерения перемещений по патенту RU 2373492, содержащее оптически связанные и последовательно размещенные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, закрепленный на поверхности объекта контроля и расположенный под углом к светоделителю, экран с установленным на нем фотоприемным устройством, при этом фотоприемное устройство, выполненное в виде прямоугольной матрицы фотоприемников, установлено в плоскости экрана радиально кольцам интерференционной картины в горизонтальном сечении на интервале от края до центра интерференционной картины. На фотоприемной матрице проецируется интерференционная картина в горизонтальном сечении. Величину перемещения объекта определяют как результат измерения по значениям интенсивности оптического поля, полученными прямыми измерениями в заданных областях интерферограммы с использованием выделенных групп фотоприемников.The closest set of essential features to the present invention is an optical device for measuring displacements according to patent RU 2373492, containing optically coupled and sequentially placed coherent optical radiation source, an optical system, a beam splitter, a reflector mounted on the surface of the test object and located at an angle to the beam splitter, a screen with a photodetector installed on it, while the photodetector made in the form of a rectangular matrix phot receivers installed in the screen plane radial ring of the interference pattern in the horizontal section in the interval from the edge to the center of the interference pattern. An interference pattern in horizontal section is projected on the photodetector array. The magnitude of the object’s movement is determined as a result of the measurement according to the values of the optical field intensity obtained by direct measurements in the specified areas of the interferogram using the selected groups of photodetectors.
Недостатком такого устройства являются недостаточная точность и малый динамический диапазон контроля перемещений, а также нелинейное распределение чувствительности по полю, что требует сложной дополнительной обработки данных, поскольку датчики, расположенные в точках максимальных пространственных градиентов интенсивности интерференционной картины (точки с фазами nπ рад.) дают максимальную чувствительность к перемещениям, а датчики, расположенные в точках минимальных пространственных градиентов интенсивности интерференционной картины (точки с фазами nπ/2 рад.) имеют практически нулевую чувствительность к перемещениям. Как следствие, для получения результата необходимая сложная математическая обработка.The disadvantage of this device is the lack of accuracy and a small dynamic range of motion control, as well as a non-linear distribution of sensitivity over the field, which requires complex additional data processing, since the sensors located at the points of the maximum spatial gradients of the intensity of the interference pattern (points with phases nπ rad.) Give the maximum sensitivity to movements, and sensors located at the points of the minimum spatial gradients of the intensity of the interference routines (points with phases nπ / 2 rad.) have practically zero sensitivity to movements. As a result, complex mathematical processing is necessary to obtain the result.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является определение положения одного объекта относительно другого с заданной (нано и субнанометровой) точностью, а также увеличение диапазона измеряемых значенийThe task to which the invention is directed is to determine the position of one object relative to another with a given (nano and subnanometer) accuracy, as well as increasing the range of measured values
расстояний между объектами, увеличение чувствительности и быстродействия устройства.distances between objects, increasing the sensitivity and speed of the device.
Технический результат - определение положения одного объекта относительно другого с большей точностью (до 0,01 нм) за меньшее время (до 1 мксек) в большем диапазоне расстояний между объектами (до 1 м).The technical result is the determination of the position of one object relative to another with greater accuracy (up to 0.01 nm) in less time (up to 1 μs) in a larger range of distances between objects (up to 1 m).
Поставленная задача решается тем, что в устройство контроля положения объекта нано и субнанометровой точности, содержащее источник монохроматического излучения, оптическую систему, фотоприемное устройство, дополнительно включены формирующий точечный источник монохроматического излучения одномодовый световод, вход которого совмещен с выходом источника монохроматического излучения, а выход совмещен с передним фокусом оптической системы, формирующей параллельный пучок света. Кроме этого, за оптической системой последовательно по ходу лучей размещены установленные перпендикулярно оси оптической системы и параллельно друг другу две прозрачные пластины. При этом по периметру первой пластины на стороне, обращенной ко второй пластине, под углом ~120° друг к другу расположены три участка с наклонными к плоскости первой пластины поверхностями (участки наклонной поверхности). За второй пластиной в качестве фотоприемного устройства помещены оптически сопряженные с участками наклонной поверхности три линейных матричных фотоприемника, выходы которых подключены к компьютеру. Одна из пластин жестко закреплена на объекте контроля. Участки наклонной поверхности и поверхность второй пластины, обращенные друг к другу, выполнены с высоко отражающим покрытием. Участки наклонной поверхности выполнены с перепадом высот, изменяющимся по направлению от центра первой пластины к ее краю на величину, равную, как минимум, половине длины волны монохроматического излучения, а длины участков наклонной поверхности на первой пластине выполнены в соответствии с длиной рабочих окон линейных матричных фотоприемников. При этом отражающие покрытия участков наклонной поверхности первой пластины с отражающим покрытием второй пластины образуют соответственно три интерферометра Фабри-Перо, формирующих перпендикулярно направлениям наклона участков наклонной поверхности первой пластины интерференционные картины в виде линий равной толщины, соответствующих разностям хода, кратным половине длины волны монохроматического излучения.The problem is solved in that the device for monitoring the position of the object of nano and subnanometer accuracy, containing a source of monochromatic radiation, an optical system, a photodetector, further includes a single-mode optical fiber forming a point source of monochromatic radiation, the input of which is combined with the output of the monochromatic radiation source, and the output is combined with front focus of the optical system forming a parallel beam of light. In addition, behind the optical system sequentially along the rays of the radiation are placed perpendicular to the axis of the optical system and parallel to each other two transparent plates. At the same time, along the perimeter of the first plate, on the side facing the second plate, at an angle of ~ 120 ° to each other, there are three sections with surfaces inclined to the plane of the first plate (sections of the inclined surface). Three linear matrix photodetectors, the outputs of which are connected to a computer, are placed behind the second plate as a photodetector. One of the plates is rigidly fixed to the control object. The sections of the inclined surface and the surface of the second plate facing each other are made with a highly reflective coating. The sections of the inclined surface are made with a height difference that varies from the center of the first plate to its edge by an amount equal to at least half the wavelength of monochromatic radiation, and the lengths of the sections of the inclined surface on the first plate are made in accordance with the length of the working windows of linear matrix photodetectors . In this case, the reflective coatings of the sections of the inclined surface of the first plate with the reflective coating of the second plate form three Fabry-Perot interferometers, respectively, forming interference patterns in the form of lines of equal thickness corresponding to the travel differences that are multiples of half the wavelength of monochromatic radiation perpendicular to the directions of inclination of the sections of the first plate.
Устройство контроля положения объекта нано и субнанометровой точности содержит (фиг.1): источник монохроматического излучения 1, одномодовый световод 2, формирующий на выходе точечный источник монохроматического излучения 3, при этом вход световода 2 совмещен с выходом источника монохроматического излучения 1, а выход 3 световода 2 совмещен с передним фокусом оптической системы 4, формирующей параллельный пучок света. За оптической системой 4 последовательно по ходу лучей установлены перпендикулярно оси оптической системы 4 и параллельно друг другу первая прозрачная пластина 5, по периметру которой на стороне, обращенной ко второй пластине, под углом ~120° друг к другу расположены три участка с наклонными к плоскости первой пластины поверхностями (участки наклонной поверхности) 6, и вторая пластина 7. За второй пластиной 7 установлены оптически сопряженные с участками наклонной поверхности 6 три линейных матричных фотоприемника 8, выходы которых подключены к компьютеру 9. При этом одна из пластин, например, вторая пластина 7 жестко закреплена на объекте контроля 10. Участки наклонной поверхности 6 первой пластины 5 и поверхность второй пластины 7, обращенные друг к другу, выполнены с высоко отражающим покрытием. Участки наклонной поверхности 6 первой пластины 5 выполнены с перепадом высот, изменяющимся по направлению от центра первой пластины 5 к ее краю на величину, равную, как минимум, половине длины волны монохроматического излучения, а длины участков наклонной поверхности 6 выполнены в соответствии с длиной рабочих окон линейных матричных фотоприемников 8. При этом отражающие покрытия участков наклонной поверхности 6 первой пластины 5 с отражающим покрытием поверхности второй пластины 7, обращенной к первой пластине, образуют соответственно три интерферометра Фабри-Перо, формирующих перпендикулярно направлениям наклона каждого участка наклонной поверхности 6 интерференционные картины в виде линий равной толщины, соответствующих разностям хода, кратным половине длины волны монохроматического излучения источника 1.A device for monitoring the position of an object of nano and subnanometer accuracy contains (Fig. 1): a
На фиг.2 изображено устройство контроля положения объекта в сечении А-А (в области участков наклонной поверхности 6 первой пластины 5). На фиг.3 изображено устройство контроля положения объекта в сечении В-В (в области расположения линейных матричных фотоприемников 8). На фиг.4 изображен интерферометр Фабри-Перо с установленным на нем устройством контроля положения объекта.Figure 2 shows a device for monitoring the position of the object in section AA (in the region of the sections of the
В качестве источника монохроматического излучения 1 используется лазер со стабилизированным по частоте излучением. При этом длина когерентности излучения лазера должна превышать максимальное значение возможных промежутков между пластинами 5 и 7.As a source of
Использование одномодового световода 2 позволяет сформировать на его выходе точечный источник оптического излучения 3 с линейными размерами порядка длины волны. Благодаря этому, телесный угол источника излучения (отношение линейного размера сформированного источника излучения 3 к фокусному расстоянию оптической системы 4) составляет ничтожно малую величину (~10-6). В результате контраст интерференционной картины остается достаточным даже при метровых промежутках между пластинами 5 и 7.The use of a single-
Работа устройства заключается в следующем.The operation of the device is as follows.
При помощи источника монохроматического излучения 1 и одномодового световода 2 формируется точечный источник 3 монохроматического излучения в переднем фокусе оптической системы 4. Оптической системой 4 излучение преобразуется в параллельный пучок необходимой апертуры (размер апертуры должен быть не менее размера пластин 5, 7) и подается на две пластины 5 и 7, установленные перпендикулярно оси O-O оптической системы 4 и параллельно друг другу. При этом одна из пластин, например пластина 7, жестко закреплена на объекте контроля 10.Using a source of
По периметру первой пластины 5 на стороне, обращенной ко второй пластине 7, под углом ~ 120 друг к другу расположены три участка 6 с наклонными к плоскости первой пластины 5 поверхностями (участки наклонной поверхности) 6 с высоко отражающим покрытием на их поверхностях, обращенных к пластине 7. Участки наклонной поверхности 6 выполнены с перепадом высот, изменяющимся по направлению от центра первой пластины 5 к ее краю на величину, равную, как минимум, половине длины волны монохроматического излучения. На поверхность второй пластины 7, обращенной к участкам наклонной поверхности 6 пластины 5, также нанесено высоко отражающее покрытие. При этом отражающие покрытия участков наклонной поверхности 6 первой пластины 5 и отражающая поверхность второй пластины 7 образуют соответственно три интерферометра Фабри-Перо, разнесенные под углом ~120° друг к другу.Along the perimeter of the
При отсутствии участков наклонной поверхности 6 и строго плоскопараллельных друг другу отражающих поверхностях пластин 5 и 7 в выходной плоскости второй пластины 7 сформировались бы интерферограммы со строго одинаковой по всей апертуре интенсивностью. Однако участки наклонной поверхности 6 пластины 5 создают дополнительные разности хода лучей, в результате чего на выходе каждого из трех интерферометров Фабри-Перо перпендикулярно направлениям наклона участков наклонной поверхности 6 формируется интерференционная картина в виде линий равной толщины, соответствующих разностям хода, кратным половине длины волны монохроматического излучения источника 1.In the absence of portions of the
Изменение положения объекта контроля 10 вдоль оптической оси 0-0 приводит к изменению расстояния между пластинами 5 и 7. При этом изменение расстояния между пластинами 5 и 7 на половину длины волны монохроматического излучения источника 1 вызовет перемещение интерференционных полос на один период по направлению от центра пластин к краю или от края к центру пластин в зависимости от увеличения или уменьшения расстояния между пластинами 5 и 7, Симметричное положение интерференционных полос интерферометров Фабри-Перо относительно оптической оси 0-0 при изменении положения объекта контроля 10 соответствует параллельному положению пластин 5 и 7 относительно друг друга и, следовательно, параллельному перемещению объекта контроля 10 вдоль оптической оси.A change in the position of the
Интерференционные полосы на выходе каждого из трех интерферометров Фабри-Перо регистрируются соответствующими тремя линейными матричными фотоприемниками 8, расположенными за второй платиной 7 в местах, оптически сопряженных с участками наклонной поверхности 6 первой пластины 5. Число полос, прошедших через каждую освещаемую точку соответствующего линейного матричного фотоприемника 8, соответствует числу целых значений полуволн, укладываемых на промежутке между пластинами 5 и 7. Положение полос относительно оптической оси O-O характеризует дробную часть числа полуволн, укладывающихся в промежутке между пластинами 5 и 7.The interference fringes at the output of each of the three Fabry-Perot interferometers are detected by the corresponding three
Применение компьютера 9 решает несколько задач: счет числа интерференционных полос (порядков интерференции), прошедших через каждый линейный матричный фотоприемник 8, определение величины дробной части интерференционных полос, суммирование целого числа интерференционных полос с дробной частью интерференционных полос, вычисление в каждый момент точного положения пластин 5 и 7 относительно друг друга, включая взаимный наклон пластин относительно друг друга, по разности показаний в каждом из трех матричных фотоприемников и, следовательно, определение точного положения объекта контроля 10, жестко скрепленного с одной из пластин.The use of
Увеличение чувствительности устройства достигается благодаря эффекту линейной фазово-пространственной трансформации волнового фронта, позволяющей преобразовать квантовую меру длины (длину волны зондирующего излучения, определяемую провалом Лэмба) в макроскопическую длину, соответствующую максимальному диапазону положений интерференционных полос в рабочих окнах линейных матричных фотоприемников. Эффект линейной фазово-пространственной трансформации волнового фронта достигается благодаря специальной конструкции одной из пластин, содержащей участки наклонной поверхности с отражающим покрытием.An increase in the sensitivity of the device is achieved due to the effect of the linear phase-spatial transformation of the wavefront, which makes it possible to convert a quantum measure of the length (the wavelength of the probe radiation, determined by the Lamb dip) into a macroscopic length corresponding to the maximum range of positions of interference fringes in the working windows of linear matrix photodetectors. The effect of linear phase-spatial transformation of the wave front is achieved due to the special design of one of the plates containing sections of the inclined surface with a reflective coating.
Типичные значения чувствительности определялись следующими оценками. При изменении положения пластин 5 и 7 относительно друг друга на половину длины волны (-0,3 мкм) перемещение интерференционных полос осуществляется на полный период, определяемый перепадом высот участков наклонной поверхности 6, что соответствует ~10 мм. Коэффициент трансформации равен ~3,3×10. Чувствительность к перемещениям интерференционных полос, достигаемая при помощи линейного матричного фотоприемника 8, обычно составляет 10-4-10-5 от величины периода интерференционных полос (~10 мм). Таким образом, чувствительность устройства составляет:Typical sensitivity values were determined by the following estimates. When changing the position of the
3·10-1·(10-4÷10-5) мкм = 3·(10-2÷10-3) нм.3 · 10 -1 · (10 -4 ÷ 10 -5 ) μm = 3 · (10 -2 ÷ 10 -3 ) nm.
Увеличение динамического диапазона с сохранением абсолютной точности достигается двумя факторами: во-первых, возможностью регистрации целого числа полуволн и дробного числа полуволн, укладывающихся в контролируемом промежутке; во-вторых, использованием в качестве монохроматического источника излучения стабилизированного по частоте лазера. Например, стабильность частоты серийно выпускаемого стабилизированного по частоте лазера ЛГН-302 составляет Δν/ν=10-9. При использовании такого лазера ошибка в определении положений объекта, вызванная неточностью квантового эталона, не будет превышать одного нанометра при значениях промежутков между пластинами 5 и 7 до 1 метра, включительно.An increase in the dynamic range while maintaining absolute accuracy is achieved by two factors: first, the ability to register an integer number of half waves and a fractional number of half waves that fit in a controlled interval; secondly, using a frequency-stabilized laser as a monochromatic radiation source. For example, the frequency stability of a commercially available frequency-stabilized laser LGN-302 is Δν / ν = 10 -9 . When using such a laser, the error in determining the position of the object caused by the inaccuracy of the quantum standard will not exceed one nanometer for gaps between the plates of 5 and 7 to 1 meter, inclusive.
Устройство контроля положения объекта нано и субнанометровой точности было применено авторами в интерферометре Фабри-Перо. Интерферометр Фабри-Перо содержал установленные параллельно друг к другу на некотором расстоянии d две плоскопараллельные кварцевые пластины с нанесенными на рабочие (обращенные друг к другу) поверхности интерференционными покрытиями с коэффициентом отражения 90% на длине волны ~800 нм, соответствующей средней длине волны диапазона, на котором работал интерферометр Фабри-Перо. Интерферометр Фабри-Перо является интерферометром высокого разрешения. Чтобы контролировать положение пластин интерферометра Фабри-Перо строго параллельно друг к другу и сохранять заданную величину полосы пропускания с нанометровой точностью, необходимо измерять значения оптического промежутка (расстояния между пластинами интерферометра) в каждый момент времени.The device for controlling the position of the object of nano and subnanometer accuracy was used by the authors in the Fabry-Perot interferometer. The Fabry-Perot interferometer contained two plane-parallel quartz plates mounted parallel to each other at a certain distance d with interference coatings deposited on the working (facing each other) surfaces with a reflection coefficient of 90% at a wavelength of ~ 800 nm, corresponding to the average wavelength of the range, at which worked Fabry-Perot interferometer. The Fabry-Perot interferometer is a high resolution interferometer. In order to control the position of the plates of the Fabry-Perot interferometer strictly parallel to each other and to preserve the specified value of the passband with nanometer accuracy, it is necessary to measure the values of the optical gap (distance between the plates of the interferometer) at each time point.
Для этого одна из пластин интерферометра Фабри-Перо (фиг.4, пластина 10) жестко соединялась с пластиной 7 устройства контроля положения объекта и выполняла роль объекта контроля. Вторая пластина 11 интерферометра Фабри-Перо соединялась с пластиной 5 устройства контроля положения объекта и выполняла роль реперной пластины, относительно которой контролировалось положение пластины 10.For this, one of the plates of the Fabry-Perot interferometer (Fig. 4, plate 10) was rigidly connected to the
Три участка наклонной поверхности 6 устройства контроля положения объекта были выполнены также из кварца с размерами: длиной - 20 мм и шириной - 24 мм. На поверхности участков наклонной поверхности 6 и на поверхность второй пластины 7, обращенной к первой пластине 5, были нанесены интерференционные покрытия с коэффициентом отражения 90% на длине волны 650 нм, соответствующей длине волны когерентного источника излучения 1. Углы наклона участков наклонной поверхности 6 составляли 9,2 угловых секунды, что позволяло формировать на выходах трех интерферометров Фабри-Перо устройства контроля положения объекта интерференционные картины в виде линий равной толщины, соответствующих разностям хода, кратным половине длины волны когерентного монохроматического излучения. При этом на длине каждого участка наклонной поверхности 6 одновременно укладывалось не менее одной интерференционной полосы.Three sections of the
В качестве когерентного источника излучения 1 использовался серийно выпускаемый лазер ЛГН-302, стабилизированный по частоте с точностью Δν/ν=10-9. Одномодовый световод 2 позволил сформировать точечный источник оптического излучения 3 с линейными размерами порядка длины волны, в результате чего контраст интерференционной картины трех интерферометров Фабри-Перо оставался достаточным даже при метровых промежутках между пластинами 10 и 11.As a
Интерференционные полосы на выходе трех интерферометров Фабри-Перо устройства контроля положения объекта регистрировались линейными матричными фотоприемниками 8, в качестве которых использовались линейные цифровые камеры на линейных датчиках VS-Ld-751 фирмы «Видеоскан», имеющих П.з.с.-линейку, содержащую 1×2048 элементов с зарядовой связью, длиной 22 мм. Быстродействие цифровой камеры на линейном датчике составляло 0,2 миллисекунды.The interference fringes at the output of three Fabry-Perot interferometers of an object position control device were recorded by
Компьютер 9 выполнял счет числа интерференционных полос (порядков интерференции), прошедших через линейные цифровые камеры 8, определение величины дробной части интерференционных полос, суммирование целого числа интерференционных полос с дробной частью интерференционных полос и определение в каждый момент времени точного положения пластины 10 относительно пластины 11 интерферометра Фабри-Перо.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012125012/28A RU2502951C1 (en) | 2012-06-15 | 2012-06-15 | Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012125012/28A RU2502951C1 (en) | 2012-06-15 | 2012-06-15 | Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2502951C1 true RU2502951C1 (en) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012125012/28A RU2502951C1 (en) | 2012-06-15 | 2012-06-15 | Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2502951C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694121C2 (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-09 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining beam orientation of the laser location facility |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1083070A2 (en) * | 1981-06-18 | 1984-03-30 | Центральная Ордена Трудового Красного Знамени Генетическая Лаборатория Им.И.В.Мичурина | Interference device for measuring displacements |
| US6327520B1 (en) * | 1999-08-31 | 2001-12-04 | Intelligent Machine Concepts, L.L.C. | Planar normality sensor |
| US20080043245A1 (en) * | 2006-08-16 | 2008-02-21 | Needham David B | Methods and apparatus for measuring multiple fabry-perot gaps |
| US20090051931A1 (en) * | 2004-10-13 | 2009-02-26 | Dirk Adrian Zwemer | Systems and methods for measuring sample surface flatness of continuously moving samples |
| RU2373492C2 (en) * | 2007-11-28 | 2009-11-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Optical device for measuring displacements |
-
2012
- 2012-06-15 RU RU2012125012/28A patent/RU2502951C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1083070A2 (en) * | 1981-06-18 | 1984-03-30 | Центральная Ордена Трудового Красного Знамени Генетическая Лаборатория Им.И.В.Мичурина | Interference device for measuring displacements |
| US6327520B1 (en) * | 1999-08-31 | 2001-12-04 | Intelligent Machine Concepts, L.L.C. | Planar normality sensor |
| US20090051931A1 (en) * | 2004-10-13 | 2009-02-26 | Dirk Adrian Zwemer | Systems and methods for measuring sample surface flatness of continuously moving samples |
| US20080043245A1 (en) * | 2006-08-16 | 2008-02-21 | Needham David B | Methods and apparatus for measuring multiple fabry-perot gaps |
| RU2373492C2 (en) * | 2007-11-28 | 2009-11-20 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Optical device for measuring displacements |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694121C2 (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-09 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining beam orientation of the laser location facility |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7599071B2 (en) | Determining positional error of an optical component using structured light patterns | |
| CN107806821B (en) | With the difference single-frequency interference signal processing unit and method of integrated four photodetectors | |
| US4969744A (en) | Optical angle-measuring device | |
| De Nicola et al. | Reflective grating interferometer for measuring the refractive index of transparent materials | |
| US9518816B2 (en) | Dual beam splitter interferometer measuring 3 degrees of freedom, system and method of use | |
| CN108680108A (en) | Triangle micro-displacement measuring device and method are interfered in line laser phase shift | |
| Guan et al. | A differential interferometric heterodyne encoder with 30 picometer periodic nonlinearity and sub-nanometer stability | |
| RU155509U1 (en) | LASER-INTERFERENCE HYDROPHONE WITH THERMOSTABILIZATION SYSTEM | |
| CN110082071B (en) | Device and method for measuring optical parallel difference of right-angle prism | |
| CN105698702B (en) | A kind of diplopore heterodyne ineterferometer based on acousto-optic low frequency differences phase shift | |
| RU2502951C1 (en) | Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object | |
| CN108627084B (en) | Laser instrument wavelength calibration system based on static michelson interferometer | |
| JP5412959B2 (en) | Optical applied measuring equipment | |
| CA1114193A (en) | Apparatus for spectrometer alignment | |
| Yu et al. | Thickness measurement of transparent plates by wavelength stepping and a phase unwrapping algorithm | |
| Disawal et al. | Measurement of displacement using phase shifted wedge plate lateral shearing interferometry | |
| RU2606805C1 (en) | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements | |
| CN204807041U (en) | Novel absolute distancer of many light sources multi -wavelength laser Interferometer | |
| JP3714853B2 (en) | Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device | |
| JP4613310B2 (en) | Surface shape measuring device | |
| CN115900535B (en) | Interference demodulation device and interference measurement system | |
| Zherdev et al. | Special structuring of diffraction gratings for optical position encoder | |
| RU2502952C1 (en) | Apparatus for nanometer accuracy linear displacements in wide range of possible displacements | |
| RU117020U1 (en) | LINEAR SIZE METER (OPTIONS) | |
| JP2009186254A (en) | Beam angle detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170718 |