Устройство для оптической регистрации величины смещения дифракционной решетки

 

Изобретение относится к оптике и измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразователей на дифракционных решетках, использующих муаровые и интерференционные полосы для отсчета перемещений. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений дифракционной решетки за счет обеспечения дополнительного изменения разности фаз интерферируемых пучков при ее движении. Устройство для оптической регистрации величины смещения дифракционной решетки состоит из оптически связанных лазера 1, телескопической системы 2, дифракционной решетки 3 первого 4, второго 5 и третьего 6 зеркал, отражателя 7, выполненного с возможностью перемещения в направлении, совпадающем с направлением движения решетки, жестко связанного с ней и установленного на ее конце, фотоэлемента и счетчика интерференционно-муаровых полос. Зеркала 4 и 5 установлены под углами α<SB POS="POST">1</SB> и α<SB POS="POST">2</SB> к плоскости решетки, которые определяются из соотношений: α<SB POS="POST">1</SB> = N/4+1/2 ARCSIN Kλ/D и Α<SB POS="POST">2</SB>=N/4 - 1/2 ARCSIN Kλ/D, где K - порядок интерференции

λ - длина волны

D - постоянная решетки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) А1 (51)4 С 02 3 27/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4394316/24-10 (22) 21. 03, 33 (46) 07.12 ° 39. Бюл. 1) 45 (71) Институт электроники АН БССР (72) З.Н.Ильин (53) 621.317.79(033.3) (56) Фотоэлектрические преобразователи информации. /Под ред. Л.Н,Преснухииа. — ?1.: Иашиностроение, 1974, с. 150-151, рис. 30 °

Лазерные интерферометры./Под ред, В.П.Коронкевича. — Новосибирск, Институт автоматики и электрометрии

СО АН СССР, 1973, с. 114-115. (54) УСТРОЙСТВО ЛПЛ ОПТИЧЕС1<ОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЗЕЛИЧИ1)Ы ЛИНЕЙНОГО СИЕЩЕНИЛ

ДИФРА1<ЦИОННОЙ РЕ1 1ЕТ1<11 (57) Изобретение относится к оптике и измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразователей на дифракционных решетках, использующих муаровые и интерференционные полосы для отсчета перемещений.

Целью изобретения является повышение

2 точности измерения перемещений дифракционной решетки эа счет обеспечения дополнительного изменения разности фаз интерферируемых пучков при ее движении. Устройство для оптической регистрации величины смещения дифракционной решетки состоит из оптически связанных лазера 1, телескопической системы 2, дифракционной решетки 3, первого 4, второго 5 и третьего 6 зеркал, отражателя 7, выполненного с воэможностью перемещения в направлении, совпадающем с направлением движения решетки, жестко связанного с ней и установленного на ее конце, фотоэлемента и счетчика интерфеС> ренционно-муаровых полос ° Зеркала 4 и 5 установлены под углами д(,, и о(. к 1и плоскости решетки, которые определяются из соотношений о, = < /4 +

1 исЕ =- 7/4 -f/2 arceinгде m — порядок дифракции, 7) — длина волны; d — постоянная решетки.

1 з,п. ф-лы, 1 ил, 1527612

Изобретение относится к оптике и измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразователей на ди(фракционных решетках, использующих муаровые полосы для отсчета перемещений.

Целью изобретения является повышение точности измерения перемещения дифракционной решетки 3а счет обеспе- 1О чения дополнительного изменения разности фаэ при ее движении.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит последователь- f5 но установленные и оптически связанные лазер l, телескопическую черытехкратную систему 2, дифракционную синусоидальную решетку 3, первое зеркало 4, установленное в ходе пуска 20

-1-го порядка дифракции под углом о = ((/4 +(.Р /2 к плоскости решетки, (TI1 и второе зеркало 5, установленное под углом ю(, () /4 — (/2 к плоскости решетки. Третье зеркало 6 уста- 25 новлено,в плоскости, параллельной плоскости решетки 3, и оптически связано с ней. Отражатель 7 (призма

Л-P — - 180 ) оптически связан с первым и вторым зеркалами, выполнен под- 3р вижным в направлении, совпадающем с направлением движения дифракционной решетки 3, и жестко связан с одним из ее концов. Фотоэлемент 8 (фотодиод ФД-256) установлен по ту же сто35 рону решетки, что и телескопическая система 2 и оптически связан с решеткой, а по электрическому выходу — со счетчиком 9.

Дифракционная синусоидальная с 4О шагом 2 мкм решетка 3 разлагает монохроматический свет на три плоские волны с нулевыми, +I-è и — 1-м порядками дифракции °

Устройство работает следующим об- 45 разом.

Пучок монохроматического излучения от лазера 1 преобразуется в нерасходящийся большего диаметра посредством телескопической системы 2 и освещает дифракционную решетку 3.

Этот пучок лучей дифрагирует на решетке с образованием трех пучков

-1-ro, О-го и +1-го порядка дифракцин. Пучок — 1-ro порядка направляет55 ся на первое зеркало 4, которое устанавливают под углом Ы, = () /4 + Ц)/2 исходя иэ значений углов дифракции g выделяемых порядков. При этом угол дифракции определяется иэ соотношения

Ц, arcsin- —, где m — порядок дифракции;

71 — длина волны;

d — - постоянная решетки.

Пучок +1-го порядка дифракции направляется на третье зеркало 6, которое меняет его направление, возвращает на дифракционную решетку 3 и освещает соседний участок под углом дифракции (Пучок -1-го порядка дифракции, отразившись от первого зеркала 4, направляется на отражатель 7, жестко связанный с дифракционной решеткой 3, и далее посредством второго зеркала

5, установленного под углом К

= ))/4 — q /2 к плоскости решетки 3, попадает на соседний участок дифракционной решетки 3 также под углом дифракции ц, где взаимодействует первым пучком с образованием интерференционно-муаровых полос. При движении дифракционной решетки 3 и отражателя 7, жестко связанного с ней, происходит двойное приращение фазы интерферирующих пучков. Более быстро изменяется фаза пучков за счет движений отражателя и появления дополнительной разности пучков -1-го и

+!†ro порядков дифракции, и происходит это с периодичностью /2. Фаза пучков изменяется также и за счет движения дифракционной решетки, но более медленно и с периодичностью

Я/2m, где (;1 — шаг дифракционной решетки, m — порядок дифракции. Таким образом, приращение фазы интерференционного сигнала пропорционально перемещениям S1(t:) уголкового отражателя и S2(t) дифракционной решетки аtp - 4 /ъ (,() + .",()) .

Очевидно, что чем меньше шаг дифракционной решетки, тем весомее добавка в приращение фазы оптического сигнала, тем выше точность измерения перемещения дифракциоиной решетки.

Движущиеся интерференционно-муаровые полосы считываются фотоэлементом

8 и накапливаются в счетчике 9, Величина перемещения дифракционной решетки определяется по числу П зарегистрированных счетчиком 9 полос, умноженному на цену полосы, получаемую из соотношения

1527б

Е,- Е, /(1 + Е, /Е,), где Е,=-00/2m — цена муаровой полосы;

Сд — шаг решетки;

m — - порядок дифракции;

Е> "б/2 — цена интерференционной полосы; \ — длина волны света.

Точность отсчета повышается в

Г,/Е> раз.

Формула изобретения

Составитель В. Сячинов

Редактор С.Пекарь Техред А.Кравчук Корректор Л.Бескид

Заказ 7509/52 Тираж 513 Подписное

РчИИПИ Государственного комитета ло изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

1, Устройство для оптической регистрации величины линейного смещения дифракционной решетки, содержащее размещенные перед ней лазер, телескопическую систему и за ней зеркало, а фотоэлеиент, подключенный к счетчику, установлен в ходе отраженного от зеркала луча, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности

12

d измерения, дополнительно введены второе и третье зеркала,и уголковый отражатель, жестко связанный с решеткой, оптически связанный с первым и вторым зеркалами, установленными соответственно под угламю e(, и рС< к плоскости решетки, а третье зеркало установлено параллельно решетке, при этом углы р,и у(е определяются из соотношений о(и /4 + )/2arcsin-—

/ m Ъ

I а и е/4 — 1/2arcsin -

1 а где m — - порядок дифракций; длина волны

d - постоянная решетки, 2. Устройство по п, l о т л и— ч а ю щ е е с я теи, что, с целью увеличения диапазона измерений, уголковый отражатель размещен на конце решетки.