190712. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és lézerinterferométer megadott útszakaszon optikai úthossz mérésére
1 190 712 2 felbontóképességgel az interferenciakép mezején a 9 fotoelektromos átalakítóra kevés fény esik, ezért ennek kimenetén a rádiófrekvenciás jel és a sötétzaj közötti arány kicsi. Ez a (fi fázis mérésénél nagy hibát idéz elő. Azonkívül a 4 lézer sugárnyaláb keresztmetszetének intenzi- 5 tásprofílja megközelíti a Gauss-görbét, ami miatt az interferáló nyalábok keresztmetszetében az interferált fény közepes intenzitása pontról pontra erősen változik. Ez ahhoz vezet, hogy a fázismérés pontossága az interferenciakép közepén és a peremterületén nagymértékben kü- 1 q lönbözik egymástól. Azzal a céllal, hogy a szakasz optikai úthosszának méréspontossága növekedjék és azonos legyen az interferenciakép teljes mezejében, a találmány szerinti lézerinterferométert 29 fénynyaláb párhuzamos eltolását végző 15 berendezéssel látjuk el, amely a kiinduló S’ fénynyalábot párhuzamosan két egymásra merőleges X és Y irányba eltolja, amely X és Y irány a nyaláb OZ tengelyére merőleges (21. ábra). A 29 fény nyaláb párhuzamos eltolást végző berendezés az 5 elkülönítő berendezés, valamint a 20 6 berendezés és az 1, 2 visszaverő elemek közé van elrendezve. A párhuzamosított S fénynyaláb párhuzamos eltolásánál a hullámfront párhuzamos marad egy síkkal, amely széles párhuzamosított nyaláb hullámfrontra hasonlít. Az intenzitáslebegés fázisainak eloszlása y>(g) 25 szintén azonos marad, mint mozdulatlan széles párhuzamosított nyaláb esetében. A fényáramsűrűség pedig az interferenciakép azokon a pontokon, amelyeket a keskeny fénynyaláb letapogat, több tízszeres vagy akár százszoros értékű is lehet, és ilymódon a jel/zaj arány a 30 fotoelektromos átalakító kimenetén növekszik. A szűk letapogató fénynyalábot a fotoelektromos átalakítóra pl. 30 gyűjtőobjektív segítségével irányítjuk, ahol a 30 gyűjtőobjektív a fotoregisztráló készülék fókusztávolságában van elrendezve (22. ábra). 35 A szűk letapogató interferált fénynyaláb közvetlenül a 9 fotoelektromos átalakítóra eshet, ha a 29 fénynyaláb párhuzamos eltolását végző berendezés mozgása vonatkozásában 21 letapogató berendezéssel van összekötve (21. ábra). Ha a fotoregisztráló készülék 9 fotoelektro- 40 mos átalakítója több egyes, a 27 átkapcsolón keresztül a fázismérő egységre csatlakoztatott 9’ fotodetektorból áll, ebben az esetben célszerű a 29 fénynyaláb párhuzamos eltolását végző berendezés illesztésének biztosítására a 27 átkapcsolóval összekötni (23. ábra). A Lézerinterfero- 45 méter beállításánál és a mérési folyamat alatt szükségessé válik az interferenciakép vizuális megfigyelése vagy regisztrálása. A fényintenzitás lebegése nagy frekvenciával történik, ezért interferenciakép nem figyelhető meg. Az interferenciakép regisztrálására az interférométert 31 50 fényintenzitás-modulátorral és 32 generátorral látjuk el, ahol a 31 fényintenzitás-modulátor a 23 kiegészítő fotoregísztráló készülék előtt van elrendezve és a 32 generátor a 31 fényintenzitás-modulátorral van összekötve, miközben a 23 kiegészítő fotoregisztráló készülék 23’ képre- 55 gisztrálóként van kialakítva. Ahhoz, hogy az interferenciaképet statikus állapotban vizuálisan megfigyelhessük, a 32 generátor a 7 vezérlőgenerátorral van összekötve és az impulzusismétlési frekvenciájuk szinkronizálva van (24. ábra). Az interferenciakép, amelynek sávjai megszakítás nélkül futnak, csak abban az időpontban kerülnek a 23 kiegészítő fotoregisztráló készülékre, amikor a sávon, miután egy lépéssel eltolódtak, ugyanazt a helyet foglalják el Ilymódon a fotoregisztráló készülékre álló képet vetítünk, amely vizuálisan televíziós eszközökkel megtekinthető, lefényképezhető stb. A figyelendő interferenciakép nagyobb stabilitásának biztosítására a 32 generátort 9’ vagy 24’ fotodetektorral kötjük össze. A 10 fázismérő egység elektromos jelek fázismérését egy perióduson belül teszi lehetővé, azaz a keresett v? fázisérték f törtrészének mérését. A fentiekben ismertetett összes lézerinterferométerek lehetőséget nyújtanak arra, hogy az előre meghatározott útszakasz optikai úthosszát megmérjük, amely nem haladja meg a fényhullám hosszát abban a közegben, amely az előre meghatározott szakaszt kitölti, továbbá arra, hogy a keresett optikai úthossz változását tág határon belül mérjük, ha a fázisváltozást folyamatosan közvetítjük és a fázisciklusok előre és visszaszámlálását a változás előjele szerint végezzük. Ahhoz, hogy az előre meghatározott útszakaszon belül (Ô \ — meghatározhassuk, amely egész szám a mért d törtrésszel a (2) egyenlet szerint együtt az előre meghatározott útszakasz optikai úthosszának teljes értékét teszi ki nagy tartományon belül 0 <ômax, a találmány szerinti lézerinterferométert olyan 4 lézerrel látjuk el, amelynek emittált fénye hangolható hullámhosszúságú. A hangolás tartományában X0-tól X-ig terjedő hullámhosszúságú koherens fénynyaláb előállítását kell biztosítania, miközben a relatív hangolási hiba a^!\ nem haladat hatja meg a-----d°max értéket hullámhossz esetében. A lézersugár kívánt hullámhosszát egymás után állítjuk be és a fázisciklus f^ törtrészeit sorban mérjük. Ha szükséges, az összes Xj hullámhosszon egyszerre az fj értékeket mérni, ebben az esetben a lézernek az összes hullámhosszal X0... Xp rendelkező fényt egyszerre kell kibocsátania. Azonkívül ebben az esetben a lézert 33 optikai egységgel látjuk el, amely az interferált fénynyalábot Xj hullámhossz szerint résznyalábra osztja, és minden résznyaláb optikai tengelyén fotoregisztráló készülék van elrendezve, amely 9 fotoelektromos átalakítót és 12 számlálóegységgel összekötött 10 fázismérő egységet tartalmaz. Az fj törtrész mérési eredményeket a 12 számláló egységbe visszük be, ahol az előre meghatározott útszakaszban foglalt fényhullámok D egészszámának kiszámítása és a (2) egyenlet szerinti D egészszám a d törtrésszel való összeadása történik, amely d törtrészt Xq hullámhossznak megfelelő fázisciklus f0 törtrészének mérési eredményéből szintén a számláíóegység határozza meg. A találmány szerinti eljárás előre meghatározott útszakasz optikai úthosszának mérésére lehetővé teszi, hogy két visszaverő elem között meghatározott szakasz optikai úthosszát reális mérésidővel közvetlenül mérjük és az eredményeket digitális formában nyerjük, egyszerű biztos felépítés, egyszerű beállítás és idegen hatással szembeni érzékenység mellett. A találmány szerinti eljárás lehetőséget tár fel digitális többsugaras lézerinterferométerek előállítására, amelyek reális mérésidővel működhetnek és lehetővé teszik, hogy olyan mérési feladatokat oldjunk meg, mint a távolságmérés, elmozdulásmérés és átlátszó közegek optikai sűrűségének mérése, valamint olyan folyamatok automati15
