Интерферометр для контроля прямолинейности объекта

 

Изобретение позволяет контролировать линейные смещения объекта относительно опорного направления и отклонение от прямолинейности объекта. Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при смещении углового отражателя. Направляют узкий пучок света от лазера 1 на угловой отражатель 2, отраженный от него пучок с помощью зеркала 3 вводят в нелинейный умножитель, выполненный из двух цилиндрических зеркал 4, который преобразует линейные смещения пучка на его входе в угловые на его выходе. Пучок, прошедший нелинейный умножитель, делят светоделителем 5 двухлучевого интерферометра. В одной из двух ветвей интерферометра разделенный пучок света пропускают через плоскопараллельную пластину 8, которая обеспечивает изменение разности хода между разделенными пучками, при наличии углового отклонения пучка на ее входе. Переотраженные пучки от концевых отражателей 6, 7 в обеих ветвях интерферометра складывают на светоделителе 5. Результирующую интерференционную картину проектируют на регистратор 9, который обеспечивает счет количества интерференционных полос, прошедших через его вход, и по количеству интерференционных полос судят о линейном смещении объекта вдоль оси, перпендикулярной направлению лазерного пучка. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦ МЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН щ)5 С 01 В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоыРетениям и отнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4467673/24-28 (22) 19.07.88 (46) 07. 10.90. Бюл . N - 37 (71) Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина (72) В.И. Башков, С.Г. Воронов, З.Г. Мурзаханов и P.Á. Тагиров (53) 531.717.85(088.8) (56) Коронкевич В.П. и др. Лазерная интерферометрия, — Новосибирск, Наука, 1983, с. 71 — 74.

„„SU„„1597528 А 1

2 (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ ОБЪЕКТА (57) Изобретение позволяет контролировать линейные смещения объекта относительно опорного направления и отклонение от прямолинейности объекта.

Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличения раз. ности хода между интерферирующими пучками при смещении углового отражателя.

1597528

Напр;:вляют узкий пучок света от лазера

1 н» угловой отражатель 2, отраженный от него пучок с помощью зеркала 3 вводят в нелинейный умножитель, выполненный из двух цилиндрических зеркал 4, которыми преобразует линейные смещения пучка на его входе в угловые íà его выходе. Пучок, прошедший нелинейный умножитель, делят светоделителем 5 двухлучевого интерферометра. В одной иэ двух ветвей интерферометра разде- . ленный пучок света пропускают через ппоскопараллельную пластину 8, которая обеспечивает изменение разности

Изобретение относится к измеритель-20 ной технике и может быть использовано для контроля прямолинейности объекта, а также для определения линейных смещений объекта относительно опорного направления. 25

Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при смещении углового отражателя. 30

На фиг, 1 приведена схема интерферометра; на фиг. 2 и 3 — схемы хода лучей через нелинейный умножитель и плоскопараллельную пластину.

Интерферометр содержит лазер 1, угловой отражатель 2, зеркало 3, установленное в обратном ходе от углового отражателя, два выпуклых цилиндрических зеркала 4, образующих оптический нелинеиный умножитель, светодепитель

5, формирующий два канала интерферометра, первый концевой отражатель 6, плс скопараллельную пластинку 8, второй концевой отражатель 7, нанесенный на грань плоскопараллельной пластинки, и регистратор 9, установленный в обратном ходе от концевых отражателей. угловой отражатель 2 предназначен для расположения его на контролируемом объекте.

На фиг. 1-3 обозначены: 11ц — линей- 50 ное смещение отражателя; 1). — линейное

-смещение пучка света после отражения его от углового отражателя; „- угловое смещение пучка света на выходе оптического нелинейного умножителя;, ) — угол преломления пучка света в

5 плоскопар»ллельной пластинке; R — ра— диус цилиндрического зеркала; L— хода между разделенными пучками, при наличии углового отклонения пучка на ее входе. Переотраженные пучки от концевых отражателей 6, 7 в обеих ветвях интерферометра складыв»ют на светоделителе 5. Результирующую интерференционную картину проектируют на регистратор 9, который обеспечивает счет количества интерференционных полос, прошедших через его вход, и по количеству интерференционных полос судят о линейном смещении объекта вдоль оси, перпендикулярной направлению лазерного пучка. 3 ил. наикратчайшее расстояние между выпуклыми цилиндрическими зеркалами 4; h линейное смещение пучка света на входе в нелинейный умножитель; 11 — cMp щение точки падения света после первого отражения от цилиндрического зеркала; li> — смещение точки падения пучка светя после отражения от второго цилиндрического зеркала; р — угол падения пучка свет» на первое цилиндрическое зеркало; CP, — угловое смещение пучка света после первого отражения; (— угловое смещение пучка света после второго отражения (и — угловое смещение пучка света после третьего стражепия; (/„- угловое смещение пучка света на выходе нелинейного умно-. жителя после и переотражений уугол преломления пучка в плоскопараллельной пластинке 8; А — длина светового канала беэ плоскопараллельной пластинки;  — геометрическая длина плоскопараллельной пластинки; С вЂ” половинное расстояние между точками входа и выхода пучка света в плоскопараллельвой пластинке.

Интерферометр работает следующим образом.

Направляют пучок света от лазера 1 на угловой отражатель 2. Отраженный от него пучок перехватывают зеркалом

3 и посылают пучок после его отраже ния от зеркала 3 на цилиндрические зеркала 4 нелинейного умножителя. Переотраэившись несколько раэ между цилиндрическими зеркалами 4 умножителя, пучок падает на светоделитель 5, который формирует два направления излучения, каждое иэ которых является одним из двух ветвей двухканального.

1597528

2h q (г! = К где h hq + 1.(, „, 2Ьз

« с + ( э К гдеh h + L

21, 2(1. ) — 1О

hq u

5К а при L = 4R с3 = 2п2 A 2А о интерферометра, в одной из которых пучок света проходит через плоскопараллельную пластинку 8. Расщепленные пучки света переотражают отражателями

6 и 7 и совмещают их на светоделителе 5, в результате чего пучки света интерферируют между собой. Результи— рующую интерференционную картину перехватывают регистратором 9, который осуществляет счет интерференционных полос, проходящих через фиксированную точку в плоскости регистратора, например щелевую диафрагму. с

При наличии линейного смещения углового отражателя 2 от оси распространения пучка света лазера 1, например, вверх на величину Ь,, переотраженный пучок света от отражателя 2 также смещается вверх на величину 2hg 2О (на фиг. 1 показано. пунктиром). В выпуклых цилиндрических зеркалах 4 точки падения и отражения луча смещаются вправо. Наличие кривизны в выпуклых зеркалах 4 приводит к изменению угла 25 падения луча на светоделитель 5 на величину с . Пучок света при этом в канале без плоскопараллельной пластинки 8 также падает под углом (P к отра— жателю 6 и отражается от него также 3О под углом (P, а в канале с плоскопа— раллельной пластинкой 8 отражается от отражателя 7 под углом у . При этом оптический путь, в канале, где установлена пластинка, увеличивается,на большую величину, чем оптический путь д в другом канале интерферометра без нее, вследствие этого возникает изменение оптической разности хода лучей в каналах интерферометра, что приводит 4(1 к сдвигу интерференционных полос.

Параллельное поперечное линейное смещение углового отражателя 2 на величину hо приводит к поперечному линейному смещению (параллельному пере4 носу) луча на расстояние h, от точки, на которую падал пучок света до смещения углового отражателя 2 (фиг.2)„ при этом луч вначале отражается от первого цилиндрического зеркала под углом ъ,. Поскольку угол падения равен углу отражения, а нормаль в точке падения луча есть продолжение радиуса, то полный угол отклонения,= 2, причем sin e = h /R. Поскольку угол

0 . 55 с, очень мал (ввиду того, что 1, « К), то приближенное выражение для углового отклонения после первого отражения определяется зависимостью . и для последующих отражений

2? г (p = — + ( где 1 „= h „, + 1. или с учетом пренебрежения членами малых порядков последнее выражение может быть записано в виде

Из данного выражения следует, что угловое смещение (на выходе нелинейly ного умножителя относительно параметров 1. и R зависит нелинейно от количества переотражений и Например, при L = 4R. т ° е. значение углового отклонения растет в этом случае пропорциональна нелинейно показательной функции 10 ".

Коэффициент умножения k у угловога смещения при этом с м 1, и-( — — = (2(1 + — )3

У R

1„=1O с ! Для и = 4 находим что k = 10 .

У

При отсутствии углового смещения (= 0) оптическая разность длин свеи. товых путей в каналах интерферометра определяется выражением (фиг. 3) 2Впо — 2А

При длине плоскопараллельной пластинки В = п А последнее выражение можно записать в следующем ниде:

При наличии углового смещения луч света падает под углом „к одному из

1597528

2Ë

К

2Вп g 2A

42 ——

COS 1 >„СОВ 1 „

4 - =—

Дггг(г

1 Кд 2 и „Ф 5R (A(n2 — 1) 10 н.

20 (г г ) г,гг

4п2 отражателей интерферометра.. Оптическая разность хода лучей в этом случае

Поскольку В = и Л., а соз о

I где С = A- tgg, то выражение для оптической разности хода принимает вид

Д =2п2 A(1 + ) — 2А(1-sin2112 ) 1"

t Б2 (Рм 1/2

2 о п2 и г в

Разлагая в ряд по степеням и пренебрегая малыми членами высших порядков, последнее выражение записывают в приближенном виде о о

-2А(1 + — sin2 1$ + — sin g ) . з

2 В и

Изменение оптической разности ходов лучей ll и 42составляет 25 д = d -Л =- —,„Дз.п (р (n2 -1).

А

1 4п2 и о о

Как видно из этого выражения, при наличии углового смещения луча ь происходит изменение разности ходов лучей в интерферометре, а вследствие этого и сдвиг интерференционных полос. учитыдая малость угла 111„, выражение для оптической разности хода можно записать в виде

Принимая во внимание выражения для запишем при 1. = 4В

40 (n, -1) Ь, 411 5R

При изменении оптической разности

45 хода лучей Л происходит смещение интерференционных полос. Число смещенных полос К определяется выражением где 3 — длина волны излучения света, откуда

Л= К—

Л

Приравняв два выражения для разности хода, получают следующее равенство:

К . Л А(п2- -1) (Ь 10 )Ф

2п 2 5В. о из которого величина смещения светового пучка h определяется как

Формула изобретения

Интерферометр для контроля прямолинейности объекта, содержаций последовательно установленные и оптически связанные лазер и угловой отражатель, предназначенный для установки на объекте, зеркало, расположенные в обратном ходе излучения светоделитель, два концевых отражателя, интерферометр, каждый из концевых отражателей установлен в соответствующей ветви интерферометра, и регистратор излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при смещении углового отражателя, ан снабжен двумя выпуклыми зеркалами цилиндрической формы, ориентированными друг к другу отражаюцими поверхностями и установленными между зеркалом и светоделителем так, что их центры кривизны расположены на одной прямой, проходяцей через их край, и плоскопараллельной пластинкой, установленной в одной из двух ветвей интерферометра перпендикулярно к оси лазера и соединенной стороной, противоположной лазеру, с концевым отражателем.

1597528

Составитель Н. Солоухин

Редактор О. Врковецкая Техред Л.Олийнь|к Корректор Н Король

Заказ 3039

Тираж 492

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

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