SU1075074A1 - Способ определени оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1, Способ определени  оптической толгдины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, заключающийс  в том, что облучают интерферометр оптическим излучением, получают интерференционную картину и осуществл ют ее модул цию, регистрируют сдвиг максимумов интерференционной картины, по которому определ ют оптическую толщину, отлич ающийс  тем, что, с целью упрощени  определени  оптической толщины, облучение интерферометра производ т излучением на двух длинах волн, модул цию интерференционной картины осуществл ют сканиру  оптическую толщину интерферометра линейно измен ющимс  напр жением , а оптическую толщину определ ют по формуле А 4 (K, Т где X, и Хл длины волн излучени ; &Г врем  между моментами по влени  соседних максимумов одного пор дка дл  X, и ,Я2,г Т врем  между моментами по влени  двух максимумов соседних пор дков дл  одной из длин волн Л , или fl-j. --1 сд

Description

2. Устройство дл  определени  оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащее источник оптического излучени , установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пьеэоэлементом, распо .ложенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемник, блок обработки информации,подключенный к выходу последнего, блок питани  интерферометра , информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра, задающий генератор пр моугольных импульсов, выходы которого соединены с синхронизирующими входами блока обработки

информации и блока питани  интерферометра , отлич ающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции , источник оптического излучени  выполнен в виде спектральной лампы, за коллиматором на входе интерферометра установлен оптический фильтр, а блок питани  выполнен в виде генератора треугольных импульсов и сумматооа, первый вход которого соединен с генератором треугольных импульсов, второй  вл етс  входом блока питани , соединенным с блоком обработки информации, выход сумматора  вл етс  выходом блока питани , а вход генератора треугольны импульсов - син.хронизирующим входом блока питани .

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении размеров и перемещений объектов дл  автоматическо го регулировани  рассто ни  между пластинами интерферометра, вход щей в состав измерительной системы. Известен способ определени  опти ческой толщины интерферометра, заключающийс  в облучении его монохроматическим коллимированным излучени ем под разными углами и анализе смещени  интерференционной картины l Известно устройство дл  определени  оптической толщины интерфероМетров , содержащее источник излучени  и расположенные по ходу светового луча управл емый оптический фильт коллиматор, блок призм, раздел ющий световой поток на два пучка с различными углами наклона к оптической оси, интерферометр, линзу и фотоприемник:в каждом из световых потоков и измерительную схему, содержащую компа ратор, соединенный с блоком управлени  интерферометром il . Недостатком устройства и способа  вл етс  efo сложность, вызванна  необходимостью облучени  интерферометра излучением под разными углами, в частности наличи  в конструкции устройства сложного оптического блока и поворотного блока в интерферометре .-. Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ определени  оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, заключающийс  в том, что облучают интерферометр оптическим излучением, получают интерференционную картину и осуществл ют ее модул цию, регистрируют сдвиг максиг« умов интерференциальной картины , по которому определ ют оптическую толщину. Регистраци  производитс  при изменении угла падени  излучени  на интерферометр 2 . Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  определени  оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащее источник оптического излучени , установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пьезоэлементом, расположенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемник, блок обработки информации, подключенный к выходу последнего, блок питани  интерферометра, информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра , задающий генератор пр моугольных импульсов, выходы которого соединены с синхронизирующими входами блока обработки информации и блока питани  интерферометра. Источник света выполнен монохроматическим , а блок питани  содержит компаратор, источник опорных напр жений , соединенный с последним, блок пам ти и усилитель мощности, а оптический канал содержит блок модул ции угла падени  излучени  на пластины интерферометра 2 . Недостатком известного способа и устройства  вл етс  их сложность, обусловленна  необходимостью обеспечени  изменени  угла падени  излучени  на пластины интерферометра. Целью изобретени   вл етс  упро щение, определени  оптической толщи ны, и упрощение конструкции устрой ства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определе НИН оптической толщины сканирующег интерферометра Фабри-Перо, заключаю щемус  в том, что облучают интерфе рометр оптическим излучением, получают интерференционную картину и осуществл ют ее модул цию, регистри руют сдвиг максимумом интерференционной картины, по которому определ  ют оптическую толщину, облучение интерферометра производ т излучение на двух длинах волн, модул цию инте ференционной картины осуществл ют сканиру  ,оптическую толщину интерфе рометра линейно измен ющимс  напр жением , а оптическую толщину опреде л ют по формуле р Я, t X 2 . . 4 Т где Х , Х - длины волн излучени ; лт - врем  между моментами по влени  соседних ма симумов одного пор дк дл  X, и -Я 2; Т - врем  между моментами по влени  двух максимумов соседних пор дков дл  одной из длин волн Я или Л 2 Поставленна  цельдостигаетс  тем что в устройстве дл  определени  оп тической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащем источник оптического излучени , уста новленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пъезоэлементом, расположенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемнйк, блок обработки информации, подключенный к выходу последнего, блок питани  интерферометра , информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра, задающий генератор пр моугольных импульсов, выходы которого соединены с синхровизирующими входами блока обработки информации и блока питани  интерферометра , источник оптического излучени  выполнен в виде спектральной лампы, за коллиматором на входе интерферометра установлен оптический фиЛ.тр, а блок питани  вь1Полнен в виде генератора треугольных импульсов и сумматора, первый вход которого соединен с генератором треугольных импульсов, второй  вл етс  входом блока питани , соединенным с блоком обработки информации, выход сумматора  вл етс  выходом блока питани , а вход генератора треугольных импульсов - синхронизирующим входом блока питани . На фиг. 1 изображен график распределени  интенсивности освещенности в интерференционной картине; на фиг. 2 - блок-схема устройства. Способ основан на том, что облучают интерферометр излучением на двух данных волн, анализируют апНарать1ую функцию (зависимость коэффициента пропускани  от оптической толйшны), котора  определ етс  формулой Эри -1 . ч-а -К- ) где о - коэффициент пропускани ; - коэффициент отражени  пластин интерферометра; Л,,7,- длина- волн излучени ; ° - оптическа  толщина интерферометра; ф - угол падени  излучени  на пластины, принимает вид, показанный на фиг. 1. В результате анализа устанавливают , что рассто ние между максимумами соседних пор дков при нормальном падении излучени  () дл  -,(1.) равно л,/2, а дл  (Ьп) соответственно а /2. Следовательно рассто ние между аксимумами интерференции одного по дка (дЕп ) дл  , и Я равно лР - .llllj ЬЦ где h - пор док интерференции, соответствующий определенной оптической толщине интерферометра l.V.. де за f принимаетс  I еЕ,, f 2п оптические толщины интерферометра , соответствующие интерференционным максимумам одного пор дка . В результате преобразований получ e i--2exn птическа  толщина интерферометра опорциональна рассто нию между аксимумами интерференции одного по дка дл  -2 и ( ) Дл  упроотнос т к рассто нию меж соседних пор дков . q ( Ь ij ) . При ЭТОМ Vv л - 1 п. jT -7 Затем модулируют интерференционную теартииу . Отношение рассто ний , L замен ют на отношение соответствующих вр менных интервалов йТ(Т, аЕ)-п ЭТ .е. с погрешностью не более ft-p 12. м но допустить, что определ ема  по (б) толщина интерферометра мен етс  не дискретное в соответст вии с изменением пор дка интерфес-енции , а непрерывкой. При этом оп ч ;ческую толщину сканирующего инте ф-г;рометра ©абри-Перо, определ ют п шорктуле .. ло А,4 so С.Т нрем  между момег-ггамн по  лени  соседних максимумов одного пор дка дл  и А врем  между моментам- по в лени  двух максимз-мов соседних пор дков дл  образом, оптическа  на интерферометра определ етс  иэ огноидекию Д Т| Т . Устройство дл  опр-еделени  опти-iccKOK аодщины интерферометра,- реа-л зующ.ее предлагаемый способ, состоит K:-J источника 1 оптического излучени  (спектргшьной лампы), ус1ановле ных последовательно-ходу светового луча ьсоллиматора 2, опт:-ГчеокогО фильтра 3, интерферометра 4, линзы диао рагмн 6,- (кру.тлой диафргьгмы, вы дел ющей центр интерференционной картины) ,-, и фотоприемника 1, блока обработки информации, соединенного фотоприемникоь 7, блок 9 питани  ин терферометра, соединенный с блоком обработ и информации, зад.ai-oiueго ген ратора 10 пр моугольных импульсов, соединенного с синхронизирующими входами блока 8 обработки информаци и блокг 9 питани  интерферометра, интерферометр 4 содержит пьезоэлемент 11, соединенный с выходом блока 9 питани  интерферометра. Блок 8 обработки ин-формации сост ит из формировател  1.2 импульсов, коммутатора 13, соединенного с последни - по двум входам ге.нератора частотных меток, соединенно.го с- ком мутатором 13, соединенных последовательно по двум выxoдa зла 15 двоичных счетчиков, узла 16 вводаззода и вьгчислител  17, соединенных последовательно запоминающего узла 18 и цифро-аналогового преобразовател  19, фop п5poвaтeль 12 соединен также с узлом 16, который св зан таке с запомлнаюгцим узлом 18. Блок 9 питани  интерферометра состоит из соединенных последдовательно генератора 20 треугольных импульсов и сумматора 21, второй вход которого  вл етс  информационным входом блока 9 питани , соединенным с дифро-аналоговым преобразователем 19 блока 8 обработки информации, выход сумматора 21  вл етс  выходом блока 9 питани , соединенным с пьезоэлементом 11, вход генератора 20 треугольных импульсов и второй вход зaпo 1инающего узла 18  вл ютс  синхронизирующими входами соответственно блока 8 обработки информации и блока 9 питани  . Устройство работает следующим образом. При облучении интерферометра 4 излучен ;ем,- содержащим две длины волны 7, и Ki и про -1ед111им через коллиматор 2 и оптический фильтр 3, от источника 1 опорного излучени , (спектральной лампы), на выходе интерферометра 4, в проход щем свете, по вл етс  интерферен лиональна  картина , (образованна  двум  независимыкад система.да колед, соответственно, от . ., и 7 , котора  с помощью линзы 5 фокусируетс  на чувствительную площадку фотоприемника 7. При этом диафрагмой б выдел етс  и.ентр интерференционной картины. Рассто ние между максимума -ли ( (кольцаг и) интерференции равного пор дка , соответствующих разным длинам волн, зависмт V.Q только от значений длины волн, но и от оптической толщины интерферометра 4, Рассто ние же между максимумами соседних ПОРЯДКОВ; соответствующих одной длине волны, например, htj , не зависит от оптической толщины интерферометра 4 и пропорционально , Задающ 1м генератором 10 и генератором 20 треугольных импульсов вырабатываетс  линейно измен ющеес  напр жение, которое после сумматора 21 подаетс  на пьезоэлемент 11. Амплитуда подаваемого напр жени  Uj-,, определ етс  из услови  равенства амплитуды модул ции интерференциальной картины рассто нию- между мaкcимi ia и соседних пор дков интерференции, т . е .11 j , где К - цьезоэлектр11ческий модуль столбиков пьезоэлемеггга 1 1 интерферометра 4 . При подаче напр жени  на столбики пьезоэлемента 11 происходит сканирование оптической толщины интерферометра 4 и, следовательно, модул ци  интерференционной картинь-i,;вызывающа  на выходе фотоприемника б измбшение электрического сигнала. Это изменение анализируюТ блоком f обработки информации. При этом с выходов формировател  12 снимаютс  импульсы разной длительности, равной соответственно интервалу времени между моментами по влени  максимумов интерференции одного пор дка дл и Tiq (лТ) и интервалу времени между моментами по влени  максимумов соседних пор дков интерференции дл  большей длины волны Ад (Т) . Следовательно , длительности этих импуль сов пропорциональны соответственно, перва  - оптической толщине интерфе рометра 4, втора  - только длине волны Т12 f и используетс  дл  норми ровани  первого импульса. Затем с помощью коммутатора 13, генератора и узла 15 происходит заполнение импульсов частотными метками и пересчет этих меток. Затем узел 16 осуществл ет ввод значений длительности сформированных импульсов в вычислитель 17, где в соответствии с программой определ етс  толщина интерферометра 6 , Полученное текущее значение толщ ны отображаетс  на табло вычислител  и сравниваетс  с заданным. При этом разностный сигнал с помощью узла 16 выводитс  из вычислител  17 в цифровой форме, поступает в запоминающий узел 18, где хранитс  до прихода следующего сигнала и затем, с помощью преобразовател  19, преобразуетс  в аналоговую форму. Поступа  в блок 9 питани  интерферометра , сигнал суммируетс  с линейно измен ющимс  напр жением и подаетс  одновременно на все столбики пьезоэлемента 11. При этом толщина интерферометра 4 мен етс  в зависимости от знака разностного сигнала. Если измеренна  толщина оказалась больше заданной Рд , то знак разностного сигнала,, поступающего на пьезоэлемент 11, положителен и вызывает уменьшение толщины интерферометра 4 и т.д. Процесс идет до полной установки оптической толщины, т.е. равенства нулю разностного сигнала , (при этом на вход сумматора 21 подаютс  разнопол рные импульсы треугольной формы), а на выходе сумматора изменение напр жени  происходит в обе стороны от величины посто нного смещени  (или разностного си гнал а), которое соответствует устанавливаемой толщине интерферометра 4(. Таким образом, при использовании в качестве источника оптического излучени  спектральной лампы, излучение которой содержит не менее двух длин волн, и выполнени  блока питани  интерферометра в виде генератора треугольных импульсов и сумматора, а также введении оптического фильтра, расположенного между коллиматором и интерферометром, достигаетс  упрощение устройства, ведущее к уменьшению его габаритов и стоимости изготовлени  .

Claims (2)

1, Способ определения оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, заключающийся в· том, что облучают интерферометр оптическим излучением’, получают интерференционную картину и осуществляют ее модуляцию, регистрируют сдвиг максимумов интерференционной картины, по которому определяют оптическую

η ^2 &Т ,

Όχ,-χα) τ ’

где Х^ и Х_? - длины волн излучения',· лТ - время между моментами

появления соседних максимумов одного порядка для Х^ и Я₂;

Т - время между моментами появления двух максимумов соседних порядков для одной из длин ВОЛН "Λ , ИЛИ

(19)

фиг.1

1075074

2. Устройство для определения оптической толщины сканирующего интерферометра Фабри-Перо, содержащее источник оптического излучения, установленные последовательно по ходу светового луча коллиматор и интерферометр с пьезоэлементом, распо.ложенные на выходе интерферометра линзу, диафрагму и фотоприемник, блок обработки информации, подключенный к выходу последнего, блок питания интерферометра, информационный вход которого соединен с выходом блока обработки информации, а выход - с пьезоэлементом интерферометра, задающий генератор прямоугольных импульсов, выходы которого соединены с синхронизирующими входами блока обработки

информации и блока питания интерферометра, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, источник оптического излучения выполнен в виде спектральной лампы, за коллиматором на входе интерферометра установлен оптический фильтр, а блок питания выполнен в виде генератора треугольных импуль- сов и сумматора, первый вход которого соединен с генератором треугольных импульсов, второй является входом блока питания, соединенным с блоком обработки информации, выход сумматора является выходом блока питания, а вход генератора треугольных импульсов - синхронизирующим входом блока питания.