Датчик локальных наклонов волнового фронта

Датчик локальных наклонов волнового фронта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для создания эффективных устройств измерения профиля волнового фронта световых пучков в реальном масштабе времени. Сущность изобретения: используется датчик волнового фронта на основе двухчастотной дифракционной решетки с последующим выделением ШгШР лов на двух основных частотах. При этом измерение локальных наклонов осуществляется одновременно по грубой и точной шкалам. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИГТИЧЕГКИХ

РЕГПУБЛИК

EHHOE ПАТЕНТНОЕ

СССР

СССР) ГО

BF (ГО

СПАТЕНТ

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В (Ятп у

" *"-" 49

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4845215/25 (22) 03.07.90 (46) 07.02.93. Бюл. N 5 (71) МГУ им. М,В.Ломоносова (72) А.В.Аврамов, А.В.Корябин, А.Л,Кузьми ский и В.И.Шмальгаузен (56) Харди Дж. Актйвная оптика: новая технол гия управления световым пучком.

ТИ ЭР, 1979, т. 66, N 6.

Харди Дж., Лефевр Дж., Калиопулос К.

Компенсация атмосферных возмущений в реа ьном времени, — Адаптивная оптика./Пер. под ред. Э.А.Витриченко, М.: Мир, 198 эобретение относится к технической физике и может быть использовано для созда ия эффективных устройств измерения про иля волнового фронта световых пучков в ре льном масштабе времени, Для измерения переменного во времени профиля волнового фронта (ВФ) используются датчики волнового фронта (ДВФ), основанные йа измерении локальных наклонов азового профиля световой волны, Такие датч ки могут работать с некогерентным светом в отличие от двух- и многолучевых интерферометров не требуют опорного пучка.

Йзвестна конструкция датчика Гартмана, в которой измерение локальных наклонов Ф производится с помощью линзового растра и устанавливаемых в его фокальной плоскости квадрантных (четырехсекторных) фотоприемников(1).

Недостатком метода Гартмана является чувствительность к неоднородности распределения яркости исследуемого светового пучка, что ухудшает точность измерения профиля ВФ.

ЯЦ 1793274 А1

<с )с G 01 J 9/02, G 02 В 26/00 (54) ДАТЧИК ЛОКАЛЬНЫХ НАКЛОНОВ

ВОЛНОВОГО ФРОНТА (57) Использование: для создания эффективных устройств измерения профиля волнового фронта световых пучков в реальном масштабе времени. Сущность изобретения: используется датчик волнового фронта на осйове двухчастотной дифракционной решетки с последующим выделением сигна- лов на двух основных частотах. При этом измерение локальных наклонов осуществляется одновременно по грубой и точной

Шкалам. 2 ил. к

Прототипом заявляемого устройства является гетеродинный интерферометр поперечного сдвига на основе вращающейся дифракционной решетки Ронки. Исследуемый световой пучок направляется на линзу (Л1), в фокальной плоскости которой расположена вращающаяся дифракционная ре- 4 шетка (P). Изображение фокального пятна К.) на решетке перейосится линзой (J)2) в пло- (,) скость изображения, в которой расположен многоэлементный фотоприемник (ФП) (2), Интенсивность света в плоскости изображения модулируется частотой перекры- + тия штрихами фокального пятна, При наклоне ВФ входного пучка происходит ) ° смещейие фокального пятна и его перекры- а тие штрихом вращающейся решетки происходит раньше или позже в зависимости от знака наклона ВФ, поэтому фазы выходных сигналов резонансных усилителей (РУ) зависят от локальных наклонов ВФ в соответствующих зонах входной апертуры датчика.

Фазовые детекторы ФД измеряют фазы выходных сигналов РУ относительно фазы

1793274 опорного сигнала, который формируется с помощью той же решетки, опорного источника света (ОИ) и фотоприемника опорного сигнала (ОФП). Для правильной работы устройства необходимо, чтобы в пространственном спектре функции пропускания решетки отсутствовали четные гармоники основной пространственной частоты. Этому условию удовлетворяет решетка Ронки, Скважность штрихов которой равняется 1/2.

Недостатком прототипа является малый диайазон измерения локальных наклонов; величина А которого равна отношению периода решетки к фокусному расстоянию линзы Л : А- d/1, так как смещение фокального пятна в плоскости решетки более чем на d вызывает скачкообразное изменение фазы выходного сигнала фотоприемника на

2. Абсолютная точность измерения локальных наклонов также пропорциональна величине d и составляет некоторую зависящую от уровня шумов фотоприЕмника долю диапазона А. При постоянном уровне шумов повйшение точности измерений возможно лишь при использованйи решетки с меньшйм периодом; что приводит к уменьшению диайазона.

Целью изобретения является расшире- нйе диапазона измеряемых локальных наклонов волнового фронта при одновременном сохранении точности измерений.

С этой целью в датчике локальных наклонов волнового фронта, содержащим две соосные линзы, установленную в их общей фокальной плоскости дифракционную решетку с периодом d и скважностью 1/2, матрицу фотоприемников, установленную в задней фокальной плоскости второй линзы, резонансные усилйтели, фазовые детекторы, опорный источник света и фотоприемник опорного сигнала; использована двухчастотная дифракционная решетка с периодом О = N. d, где N > 1 — целое число, "причем одна половина периода решетки промодулирована со скважностью q, а вто рая половина периода —. со скважностью (1-q), где q < 1/2, при этом каждый фотоприемник связан с дополнительным резонансным усилителем и фазовым детектором, измеряющим фазу низкочастотной компоненты сигнала фотоприемника, соответствующей периоду О решетки.

На фиг. 1 представлена зависимость профиля пропускания двухчастотной дифракционной решетки.

По Сравнению с прототипом и другими известными датчиками предлагаемое устройство позволяет одновременно увеличивать и точность, и диапазон измерения локальных наклонов волнового фронта световых пучков.

На фиг, 2 приведена схема датчика локальных наклонов волнового фронта на основе двухчастотной дифракционной решетки.

5 Сущность предлагаемого устройства заключается в следующем, Информация об измеряемых локальных наклонах в датчике с двухчастотной решеткой содержится в фазах гармонических компонент выходного сигнала каждого фотоприемника. Измерения фазы высокоча. стотной компоненты, частота которой соответствует "короткому" периоду d, позволяет, так же как и в схеме прототипа, определить

15 локальный наклон ВФ с высокой точностью (пропорциональной величине d) в узком диапазоне его изменения: d/1, Дополнительный резонансный усилитель вйделяет из выхбдного сигнала фото20 приемника низкочастотную компоненту с частотой, соответствующей "длинному" периоду D модуляции решетки, Измерения фазы этой низкочастотной компоненты с йомощью дополнительного фазового детек25 тора позволяют определить локальный наклон ВФ в более широком (в N раз) . диапазоне его изменения: D/1 = Nd/l . При этом относительно низкая точность измеренйй в низкочастотном канале компенсиру 0 ется высокой точностью измерений более

"высокочастотного" канала.

Для предотвращения взаимного влияния "грубого" и "точного" каналов за счет комбинационных частот необходимо, чтобы

З5 в спектре выходного сигнала фотоприемника отсутствовали четные гармоники высокочастотной компоненты. Для этого необходимо, чтобы в пространственном спектре функции пропускания решетки от40 сутствовали четные гармоники пространственной частоты 1/д. Решетка с профилем, изображенным на фиг. 1, удовлетворяет этому требованию, так как средняя за период

D скважность штрихов решетки составляет

45 (р+(1-q))/2 = 1/2 при любйх значениях q.

Величина скважности g влияет лишь на соотношение амплитуд информационных компонент.

1793274

Ь

Формула изобретения мых локальных наклонов, в него введены атчик локальных наклонов волнового первые дополнительные резонансные усифро та, содержащий опорный источник . лители, входы которыхсоединены.с фотоприсвет, две соосные линзы, установленную в емниками. а выходы — с дополнйтельнйми их о щей фокальной плоскости дифракци- 5 фазовыми детекторами, которые соединены онную решетку, фотоприемники, установ- с вторыми дополнительными резонансными лен ые в задней фокальной плоскости усилителями, соединенными с фотоприемвто и линзй, соединейные с первыми ре- ником опорного сигнала, а дифракционная зон нснйми усилителями, которые соеди- решетка выполнена двухчастотной c перионен с фазовыми детекторами, а фазовые 10 дом D = N. d, где N > 1 — целое число, а б— дете торы через вторые резонансные уси- период, соответствующий фазе высокочалите и соединены с фотоприемййком опор- стотной компоненты, причем одна половина ного сигнала, оптически связанным через периода решетки выполнена со скважнодиф акционную решетку с опорнйм источ- стью q для высбкочастотной компоненты, а ник м света, отличающийся -тем, что, 15 вторая половина периода — соответственно с це апазона иэмеряе- соскважностью1 — р, гдеq < 1/2.

1: d ! ! ! !

Л1,Л2 — ы, p — дв стотная решетка, ФП вЂ” отоприемники, РУ вЂ” резонансные умолители, ФД вЂ” азовйе детекторы, ОИ вЂ” опорныВ источник свеев ОФП вЂ” отоприекник опорного сигнала.

Фиг. Я