ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в оптическом приборостроении при разработке оборудования для измерения длины когерентности непрерывного лазерного излучения.
Известно интерферометрическое измерительное устройство [1] для измерения времени (длины) когерентности лазерного излучения, содержащее двухлучевой интерферометр, выполненный с возможностью изменения оптической разности хода своих лучей, на выходе которого установлен фотоприемник.
Устройство [1] выполнено в виде экспериментальной установки, потому имеет большие габаритные размеры.
Меньшие габаритные размеры имеет интерферометрическое измерительное устройство [2], являющееся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранное в качестве прототипа.
Устройство [2] содержит двухлучевой интерферометр, выполненный с возможностью изменения оптической разности хода своих лучей, на выходе которого установлен светоделитель, фотоприемник, оптически связанный с первым выходом светоделителя. Однако устройство [2] не позволяет измерять длину когерентности лазерных пучков излучения малого поперечного сечения.
Задачей настоящей полезной модели является создание интерферометрического измерительного устройства, позволяющего измерять длину когерентности лазерных пучков излучения малого поперечного сечения.
Поставленная задача решается тем, что интерферометрическое измерительное устройство, содержащее двухлучевой интерферометр, выполненный с возможностью изменения оптической разности хода своих лучей, на выходе которого установлен светоделитель, фотоприемник, оптически связанный с первым выходом светоделителя, в отличие от прототипа, дополнительно содержит расположенные последовательно перед входом двухлучевого интерферометра расширитель пучка излучения, отражатель с отверстием и рассеивающий элемент с отверстием, установленные таким образом, что их отверстия соосны расширителю пучка излучения, отражатель, оптически связанный как с вторым выходом светоделителя, так и с отражателем с отверстием и рассеивающим элементом с отверстием.
Возможно, что интерферометрическое измерительное устройство содержит диафрагму на входе фотоприемника, светоделитель выполнен в виде светоделительного зеркала, отражатель с отверстием выполнен в виде глухого зеркала с отверстием, рассеивающий элемент с отверстием выполнен в виде матовой стеклянной пластины с отверстием.
Наличие в интерферометрическом измерительном устройстве расположенных последовательно перед входом двухлучевого интерферометра расширителя пучка излучения, отражателя с отверстием и рассеивающего элемента с отверстием, установленных таким образом, что их отверстия соосны расширителю пучка излучения, отражателя, оптически связанного как с вторым выходом светоделителя, так и с отражателем с отверстием и рассеивающим элементом с отверстием, позволяет измерять длину когерентности лазерных пучков излучения малого поперечного сечения.
Возможное наличие диафрагмы на входе фотоприемника, выполнение светоделителя в виде светоделительного зеркала, выполнение отражателя с отверстием в виде глухого зеркала с отверстием, выполнение рассеивающего элемента с отверстием в виде матовой стеклянной пластины с отверстием, позволяет упростить конструкцию интерферометрического измерительного устройства.
На фигуре представлена схема интерферометрического измерительного устройства.
Интерферометрическое измерительное устройство содержит двухлучевой интерферометр 1, светоделитель 2, диафрагму 3, фотоприемник 4, расширитель 5 пучка излучения, отражатель 6, отражатель 7 с отверстием 8, рассеивающий элемент 9 с отверстием 10.
Двухлучевой интерферометр 1 выполнен по схеме Майкельсона и включает светоделитель 11 в виде плоского полупрозрачного зеркала и два плоских отражающих зеркала 12 и 13, расположенных под прямым углом друг к другу и примерно симметрично относительно светоделителя 11. Зеркало 12 закреплено неподвижно, а зеркало 13 установлено на микрометрическом винте 14 с возможностью плавного непрерывного изменения расстояния от светоделителя 11.
На выходе двухлучевого интерферометра 1 установлен светоделитель 2 в виде плоского полупрозрачного зеркала. На первом выходе светоделителя 2 установлены последовательно диафрагма 3 и фотоприемник 4, в качестве которого используется измерительная головка 3A-SH с измерителем мощности LASERSTAR фирмы OPHIR.
На втором выходе светоделителя 2 установлены последовательно оптически связанные отражатель 6 в виде плоского зеркала, отражатель 7 в виде плоского зеркала с отверстием 8, рассеивающий элемент 9 в виде матовой стеклянной пластины с отверстием 10.
На входе двухлучевого интерферометра 1 установлен телескопический расширитель 5 пучка излучения. При этом расширитель 5 пучка излучения, отражатель 7 с отверстием 8 и рассеивающий элемент 9 с отверстием 10 установлены последовательно перед входом двухлучевого интерферометра 1 таким образом, что отверстия 8 и 9 соосны расширителю 5 пучка излучения.
Устройство работает следующим образом.
Лазерный пучок излучения малого поперечного сечения направляется через соосные отверстие 10 в рассеивающем элементе 9 и отверстие 8 в отражателе 7 на расширитель 5 пучка излучения, с выхода которого расширенный пучок излучения направляется на светоделитель 11 двухлучевого интерферометра 1. С помощью светоделителя 11 пучок излучения расщепляется на два направленных под прямым углом друг к другу пучка излучения примерно одинаковой интенсивности, при этом один пучок излучения распространяется перпендикулярно зеркалу 12, а другой пучок излучения распространяется перпендикулярно подвижному зеркалу 13.
Так как зеркала 12 и 13 выполнены отражающими, упомянутые пучки излучения отразившись от них и изменив свое направление распространения на противоположное, вновь объединяются с помощью светоделителя 11 в пучок, распространяющийся в направлении светоделителя 2. На вход светоделителя 2 поступает излучение, представляющее собой суперпозицию двух пучков излучения, оптическая разность хода между которыми равна удвоенной разности расстояния от светоделителя 11 до зеркала 12 и расстояния от светоделителя 11 до зеркала 13. С помощью микрометрического винта 14 зеркало 13 может смещаться, соответственно, может изменяться оптическая разность хода между двумя пучками излучения. При наличии когерентности между двумя пучками излучения на выходе светоделителя 11 возникает интерференция. При небольшом отклонении от 90 градусов угла между плоскими зеркалами 12 и 13 на выходе светоделителя 11 наблюдается в пучке излучения интерференционная картина в виде полос с максимумами и минимумами интенсивности.
Этот пучок излучения распространяется в направлении светоделителя 2. С первого выхода светоделителя 2 пучок излучения попадает на диафрагму 3 и фотоприемник 4. С второго выхода светоделителя 2 пучок излучения попадает последовательно на оптически связанные отражатель 6, отражаясь от него попадает на отражатель 7 с отверстием 8 (ввиду малости поперечного сечения отверстия 8 по сравнению с поперечным сечением расширенного пучка излучения, отверстие 8 незначительно уменьшает размеры интерференционной картины), отражаясь от отражателя 7 попадает на рассеивающий элемент 9 с отверстием 10. Визуально интерференционная картина в виде полос с максимумами и минимумами интенсивности наблюдается на рассеивающем элементе 9 с отверстием 10 (ввиду соосности отверстия 10 отверстие 8 незначительно уменьшает размеры интерференционной картины).
max
min
С помощью микрометрического винта 14 зеркало 13 смещается до получения максимального контраста интерференционной картины на рассеивающем элементе 9 с отверстием 10. Поперечным смещением диафрагмы 3 и фотоприемника 4 уточняется достижение максимального контраста интерференционной картины и определяется интенсивность излучения в максимуме I и минимуме I интенсивности интерференционной картины.
Далее микрометрическим винтом 14 зеркало 13 смещается в одну сторону до исчезновения интерференционной картины на рассеивающем элементе 9 с отверстием 10 и фиксируется отсчет на микрометрическом винте 14. Поперечным смещением диафрагмы 3 и фотоприемника 4 уточняется достижение минимального контраста интерференционной картины.
Далее микрометрическим винтом 14 зеркало 13 смещается в другую от положения максимального контраста интерференционной картины сторону до исчезновения интерференционной картины на рассеивающем элементе 9 с отверстием 10 и фиксируется отсчет на микрометрическом винте 14. Поперечным смещением диафрагмы 3 и фотоприемника 4 уточняется достижение минимального контраста интерференционной картины.
Длина когерентности пучка излучения определяется при этом как разность отсчетов перемещения микрометрического винта 14 от одного положения исчезновения интерференционной картины до другого положения исчезновения интерференционной картины.
Таким образом, решается задача создания интерферометрического измерительного устройства, позволяющего измерять длину когерентности лазерных пучков излучения малого поперечного сечения.
Использованные источники информации:
1. Хирд Г. Измерение лазерных параметров. Москва, «Мир», 1970, с.372-378.
2. RU 2307318 C1 (Волков П.В., Горюнов А.В., Тертышник А.Д.) 2007-09-27, весь документ. - Прототип.