174659. lajstromszámú szabadalom • Elrendezés interferometrikus szög- és hosszúságmérés céljára
3 174659 4 3. ábra a találmány szerinti hosszúságmérő készülék vázlatos képe. Az 1. ábra egy inkromentális szögmérő készülék vázlatos képét szemlélteti. 5 Amint az ábrán látszik, egy köralakú optikai 1 szálvezető egy részén szét van választva. A szétválasztás Tr helyének két 2, 3 végei négy T4, T5, T6, T7 osztókból és négy 8, 9, 10, 11 fotoelektromos átalakítóból álló interferométer csatlakoznak. ■jq Egy 12 csatolószerven át koherens fényt csatolunk be oly módon, hogy a fény egyik fele az óramutató járásával egyezően, másik fele az óramutató járásával ellenkező irányban fut félig körbe. A fény becsatolása a 12 csatoló szerv terében szűk határok közötti résen 15 megy végbe. Becsatoló elemként tetszőleges, önmagában ismert elemet, pl. prizmát, fénydiffrakciós rácsot, ultrahangrácsot, stb alkalmazhatunk. A 2. ábra szerinti példakénti kiviteli alak egy 20 prizmás csatolószerkezet alapján szemlélteti a két ellenkező irányban futó fénysugár becsatolására szolgáló szerkezetet. Egy koherens 13 fénysugarat szétosztó 14 prizmán és 15 reflektor útján bontunk ketté a 16 és 17 becsatolóprizmák útján 18 és 19fénysuga- 25 rákká. A két 16 és 17 becsatolóprizma és a 20 szálvezető alapjai között keskeny rés található, amelyben olyan közeg van, amelynek ni törésmutatója kisebb, mint a hullámvezető n törésmutatója és a becsatoló prizma n4 törésmutatója. Amennyiben a rés 30 elegendően kis méretű, úgy a 18 és 19 fénysugarak részeit a résen átvezetjük, majd a szálvezetőben ismét kitéríthetjük azokat, amennyiben a 21 tartó n3 törésmutatója kisebb mint a n törésmutató értéke. A becsatolószerkezet és a fényforrás a térben 35 mereven rögzítve vannak, a szálvezető szerkezet az interferométer-szerkezettel együtt a 22 tengely körül forgatható (1. ábra). A becsatolás mindkét ai és a2 szöge a köralakú pályán eltérő értékűek lehetnek, ezért a 23 és 24 fényutak a becsatolás helyétől az 40 osztóig eltérő hosszúságúak lehetnek. A fényutak hosszának különbsége az osztó szöghelyzetének a becsatolási helyhez való szöghelyzetétől és a szálvezető kör r sugarától függ. Az interferometrikus útmérésnek a szálvezetővel 45 való mérési elve transzlatorikus rendszerekre is alkalmazható. Ennek egy lehetséges kiviteli alakját a 3. ábra szemlélteti. A részben egyenes vonalú 25 szálvezető egy interferométerrel van összekötve. A csatoló ezen egyenes rész mentén az erre harántirányú 26,27 50 szálvezető-határolás-helyéig szabadon mozgatható. Mivel az n törésmutató csupán a szálvezető viszonylag egyszerűen konstans értékén tartható hőmérsékletétől függ, az automatikus törésmutató-korrekció céljára minden költséges eljárás elhagyható. 55 Ilyeneket eddig pl. a szokásos lézerferométeres precíziós mérések esetében alkalmaztak. A szálvezetőben a kihasználható út hosszúságát a sugár koherens helyzete és a szálvezetőnek az adott csillapítási tartalékától függő csillapítása határozza meg. Transzlatorikus mérőrendszereknél a 3. ábra szerinti mérési tartományt a szálvezető hosszúságának fele határozza meg. A koherens hosszúságnak kb. az említett hosszúság kétszeresének kell lennie. 65 Forgó mérőrendszereknél az Ifc koherens hosszúság nak olyan nagynak kell lennie, mint amilyen az átmérő. Ha az átmérő U=7r.n.d, (1) akkor a szükséges koherens hosszúság értéke Tr • Xo lK'm,áX0 (2) aholis: n a szálvezető törésszáma d a szálvezető gyűrű közepes átmérőjének mérete Xq a vákuumos hullámhosszúság m az interpelációs tényező AXq a berendezésnek a szögfutási felbontó képessége az m interpolációs tényező figyelembevételével. Az m értékének megfelelő megválasztásával lehetővé válik a szög nagy felbontóképessége alapján, hogy viszonylag kis koherens hosszúságok adódjanak. Minthogy másrészről a koherens hosszúság a sávszélességgel az . J összefüggés alapján számítható, a (2) képlet alapján a sugárzás szükséges AX0 sávszélessége 4, mA*0 ^ AAo ----------- ' Xo (4) összefüggés alapán számítható. A mennyibenA X0 = 1 ”, m = 40 és X0 * 900 nm értékű, akkor A Xo = 0,06 nm értékűnek kellene lennie. Ezt az értéket félvezető lézerekkel abban az esetben valósíthatjuk meg, ha keskenysávú integrált szerkezetet alkalmazunk. Ebben az esetben egy integrált CaAg-diódával nem a lézertartományban (40 nm sávszélesség esetében) dolgozhatunk. Szűrő alakalmazása esetén a szükséges sávszélesség még kielégítő energiaveszteség mellett is biztosítható, és dymódon egy egyszerű, nem koherens fényforrás is alkalmazható. Egy ilyen szálvezető gyűrű átmérője a fent említett számértékek figyelembevételéve)AXo( m, Xo, A Xo csak néhány nm méretet tenne ki. Minthogy ennek következtében az egész interferométer elrendezés, beleértve a D,...D4 fotodetektorokat is, integrált szerkezetű is lehet, különlegesen kis szerkezeti méretek és teljesítményfelvételek adódnak. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Berendezés interferometrikus szög- és hosszmérésre, amely integrált optikai eszközökkel és fényenergia csatoló szervvel rendelkezik, azzal jellemezve, hogy szálvezetője van, amelynek végei osztókon (T4, T5, T6, T7) keresztül négy fotoelektromos átalakítóval (8, 9, 10, 11) rendelkező interferométerhez csatlakoznak; továbbá a szálvezető ( 1) az interferométerrel együtt tengely (22) körül forgathatóan van elrendezve. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy szálvezetőjének (1) legalább egy egyenes szakasza van. 3. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy szálvezetője (1) körgyűrű alakú. 2 db rajz A kiadásért felel: az OTH Kiadói Osztályának vezetője 80052, OTH, Budapest
