Бесконтактное устройство для определения оптической длины между двумя полупрозрачными параллельными поверхностями

 

Союз Советскив

Соцмалюктычески к

Рееиублнк

<11>748128 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 0910.78 (21) 2680908/25-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Олубликоьано 150780. Бюллетень ¹ 26 (зим. кл.

G 01 В 11/00

Государственный комитет

ССС Р иб делам изобретений и открытий (53) УДК 531. 715.1 (088.8) Дата опубликования описания 150780 (72) Авторы изобретения. 0.В. Евдокимов и Л.Л. Кравчинский (71) Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОПТИЧЕСКОИ ДЛИНЫ МЕЖДУ ДВУМЯ ПОЛУПРОЗРАЧНЫМИ

ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при определении оптической длины между двумя полупрозрачными параллельными поверхностями, например, для измерения оптичекой толщины интерферометра ФабриПеро.

Известно устройство для бесконтактного определения оптической длины (произведения расстояния на показатель преломления среды) полупрозрачных полос и лент, основанное на методе сравнения оптических длин двух плеч интерферометра Майкельсона и содержащее источник светового излучения (например, ртутная лампа), расположенный за ним двухлучевой интерферометр Майкельсона с кулачковым при водным механизмом, осуществляющим перемещение одного иэ зеркал интерферометра, измеритель перемещения зеркала. За интерферометром на пути светового излучения расположен фото.электрический приемник, выполненный в виде детектора Голея, к выходу которого подключен первый вход индика-:. тора (например, вертикальные отклоняющие пластины осциллографа). -Ко второму входу индикатора (горизонтальным отклоняющим пластинам осциллографа) подключен выход измерителя перемещения зеркала. При этом толщина измеряемой ленты определяется по горизонтальной шкале осциллографа (1) .

Недостатком данного устройства является малая точность измерений (абсолютная погрешность. составляет

25 мкм).

Наиболее близким по своей технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения малых оптических длин между двумя полупрозрачными параллельными пластинами, содержащее последовательно расположенные источник оптического излучения и коллиматор 121 .

Анализируемые поверхности устанавливаются за коллиматором на угломерном инструменте (например, угломере теодолита).

Луч от источника оптического излучения, падая на анализируемые пластины, отражается на неподвижный экран. Поворачивая подвижный диск угломера, на котором устанбвлены пластины, замечают на .экране прохождение интерференционных полос. Угловое рас748128 стояние между соседними полосами oiсчитывается по угломеру, и искомая оптическая длина определяется по формуле:

2 ЧОБя СО 5 1 — СО S Ig-pl где d — оптическая длина, см, Ч вЂ” волновое число облучающего излучения, см ж — число интерференционных полос, появившихся при поворо° I те пластины от угла i до

° I

1к-m°.

Точность измерений, проводимых с помощью данного устройства, определяется точностью угломерного инструмента, величиной расходимости луча и шириной линии облучения.

Недостатками этого устройства являются невысокая точность измерения (абсолютная погрешность 0,2 мкм, относительная 2Ъ) и узкий диапазон из-з меряемых оптических длин (от 10 см до величины, определяемой поперечным размером анализируемых поверхностей, например 2 см).

Целью изобретения является ïîâûшение точности и расширение диапазона определяемых оптических длин.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит последовательно расположенные по ходу светового излучения за коллиматором линзу, круглую диафрагму, установленную в фокусе этой линзы, фотоэлектрический приемник и индикатор, а источник оптического излучения выполнен с возможностью перестройки по волновым числам.

На чертеже изображена принципиальная схема бесконтактного устройства для определения оптической длины между двумя полупрозрачными параллельными поверхностями.

Устройство содержит источник 1 оптического излучения, выполненный, например, в виде перестраиваемого

СО -лазера с диапазоном перестройки от 920 до 1100 см ", коллиматор 2, линзу 3, круглую диафрагму 4, расположенную в фокальной плоскости линзы 3 в центре интерференционной картины, фотоэлектрический приемник S„ выполненный, например, в виде пироэлектрического приемника типа NI -30, индикатор 6, представляющий собой, например, осциллограф С1-72.

Работает описываемое устройство сатедующим образом.

Анализируемые поверхности 7, представляющие собой, например, пластины интерфероглетра Фабри-Перо, облучают оптическим излучением, прошедшим через коллиматор 2 от источника 1 излучения. После анализируемых поверхностей 7 излучение проходит через линзу 3, круглую диафрагму 4, расположенную в, фокальной плоскости линзы в центре интерференционной картины, и попадает на чувствительную площадку фотоэлектрического приемника 5.

1 ARE R 1

2 V „ р интервал перестройки волновых чисел, см ; ширина линии облучения, см коэффициент отражения анализируемых поверхностей.

gV

25 где V а Но ц. R

Произведенный сравнительный технико-зкономический анализ описываемого устройства показывает, что точность измерений предлагаемым устройством повышается в 600 раз при рабо,те в видимой области спектра и 40 раз в инфракрасной области.

При этом динамический диапазон изQQ меряемых оптических длин в 5 раз больше, чем прототипа.

Кроме того, проведение измерений описываемым устройством более удобно, так как не требуется поворота анализируемых поверхностей.

Формула изобретения

Бесконтактное устройство для определения оптической длины между двумя полупрозрачными параллельными поверхностями, содержащее последовательно расположенные источник опти55 ческого излучения и коллиматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона определяемых оптических длин, оно содержит последовательно о расположенные по ходу светового излучения за коллиматором линзу, круглую диафрагму, установленную в фокусе этой линзы, фотоэлектрический приемник и индикатор, а источник оптического излучения выполнен с возПерестраивая волновые числа используемого излучения по анализатору (на чертеже не показан), входящему в состав источника 1 оптического излучения — лазера, фиксируют их значения, соответствующие появлению максимумов на индикаторе 6.

При этом искомую оптическую длину определяют по формуле:

2 (Ч а" — Ч а")

1 4.+ л где d — оптическая длина,см; так гла к

V., и V, „— волновые числа, со15 ответствующие максимумам интерференционной картины i-го и (<+1) -го порядков, см .

Щ Диапазон определяемых оптических длин данного устройства определяется неравенством:

748128

Составитель Л. Лобзова

Редактор Г. Мозжечкова Техред, Л. Теслюк Корректор IO, Макаренко

Заказ 4219/26

Тираж 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 можностью перестройки по волновыч числам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

М 1337274, кл. G 01 В 19/04, 1973.

2. Сустин П.E. и др. Измерение малых расстояний между двумя плоскопараллельными полупрозрачными пластинами. "Приборы и технические эксперименты", 1969, Р 2, с. 188-189 (прототип).