Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА - Патент РФ 2046382
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА
ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА

ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для измерений аберраций оптических систем. Сущность изобретения: в датчике волнового фронта, содержащем диспергирующий элемент в виде дифракционной решетки, последнюю выполняют ангармонической, фазовый профиль которой задают в зависимости от вида устраняемой аберрации. 3 с. п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2046382
Класс(ы) патента: G02B5/32, G03H1/00
Номер заявки: 4845232/25
Дата подачи заявки: 16.04.1990
Дата публикации: 20.10.1995
Заявитель(и): Самарский филиал Физического института им.П.Н.Лебедева РАН
Автор(ы): Волостников В.Г.; Наумов А.Ф.; Лосевский Н.Н.
Патентообладатель(и): Самарский филиал Физического института им.П.Н.Лебедева РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений аберраций оптических систем. При прохождении светового пучка через оптическую систему (или трассу распространения) возникает потребность в определении влияния оптической системы (или трассы) на фазовый профиль пучка, например, с целью компенсации этого влияния.
Известен датчик волнового фронта, основанный на измерении энергии излучения, проходящего через диск Эйри [1] Критерием качества пучка в этом случае служит отношение величины интенсивности за точечной диафрагмой при наличии аберраций к интенсивности в их отсутствие. Этот критерий получил название фактора Штреля.
Однако датчик Штреля обладает существенным недостатком он не дает количественной информации о вкладах абеppаций в измеряемый волновой фронт.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик Гартмана [2] В этом датчике вся апертура светового пучка с помощью элемента, представляющего собой растр из N2 отверстий в тонкой непрозрачной пластине, разделяется на N2 субапертур. Дифрагированное на растре излучение фокусируется линзой на матрицу из четырехсекционных (квадрантных) фотоприемников, так что каждому отверстию соответствует свой фотоприемник. Локальный наклон волнового фронта на каждой субапертуре приводит к изменению положения фокального пятна на квадрантном фотоприемнике. По величине фототока с каждого элемента квадрантного фотоприемника оценивается величина наклона.
В датчике Гартмана используются 4˙N2 измерительных каналов, информация с которых интерполируется на всю апертуру. Затем проводятся вычисления коэффициентов в разложении полученного фазового профиля по ортогональным полиномам Цернике методом наименьших квадратов. Найденные коэффициенты разложения это основной результат, дающий представление о фазовых аберрациях в общеупотребимой форме.
Наличие большого числа измерительных каналов и сложной математической обработки приводит к значительным временным затратам на вычисление коэффициентов в разложении фазовых аберраций, что снижает оперативность измерений.
Цель изобретения измерение аберраций оптических систем.
Цель достигается тем, что в датчике волнового фронта, включающем элемент, осуществляющий разложение светового пучка, линзу, набор фотоприемников с диафрагмами и сервосистему, элемент, осуществляющий разложение светового пучка, выполнен в виде ангармонической фазовой дифракционной решетки, обеспечивающей дифракцию светового пучка в N2 порядков и вносящей набор различных (компенсирующих) фазовых аберраций, величина и знак которых определяются номером порядка дифракции, при этом число измерительных каналов уменьшается в 4 раза.
На фиг. 1 представлена оптическая схема датчика волнового фронта; на фиг. 2 показан порядок нумерации фотоприемников; фиг. 3 иллюстрирует принцип работы устройства; на фиг. 4 показана зависимость значения центра "тяжести" интенсивности, измеренной в +1 и -1 порядках дифракции, от величины фазовых искажений (γx= α ˙ X2); на фиг. 5 оптическая схема датчика волнового фронта с коррекцией по наклонам.
Датчик волнового фронта включает в себя специальным образом изготовленную дифракционную решетку 1, линзу 2, набор 3 фотоприемников с диафрагмами, сервосистему 4.
Датчик работает следующим образом (фиг. 1).
Световой пучок попадает на фазовую решетку 1, пройдя которую, фокусируется линзой 2 на фотоприемники 3, расположенные в соответствии с порядками дифрагировавшего на решетке излучения. Сигнал с одноэлементных фотоприемников (фотодиодов) в сервосистеме 4 усиливается, оцифровывается и обрабатывается микропроцессором до представления в желаемой форме коэффициентов разложения фазовых аберраций по полиномам Цернике. В измерительных системах это могут быть числа, и, следовательно, сервосистема включает в себя устройство отображения информации цифропечать или цифровой индикатор. В системах автоматического регулирования (адаптивных системах) это управляющие корректором волнового фронта напряжения, которые формируются в сервосистеме с помощью амплитудных усилителей.
Фазовая дифракционная решетка изготавливается в соответствии с ожидаемым набором аберраций. Так, для измерения астигматизма (x2-y2) и дефокусировки можно использовать фазовую решетку с профилем sin (ax2 + bx) + sin (ay2 + by), где а, b постоянные решетки. Пусть, например, волновой фронт является астигматическим вида α ˙ Х2, где α неизвестный коэффициент. Результат действия датчика волнового фронта на такую аберрацию проявляется в перераспределении интенсивностей в порядках дифракции (фиг. 3б) по отношению к случаю отсутствия аберраций, т.е. когда α0 (фиг. 3а). Это связано с тем, что в плоскости нахождения фотоприемников на строке (О, х) происходит корреляция в том из дифрагированных пучков, в котором данная аберрация приводит к подфокусировке за счет сложения с комплексно-сопряженной аберрацией, вызванной фазовой решеткой (в рассматриваемом случае плоскость фокусировки из положения Р смещается в положение P'). Величина коэффициента α вычисляется из положения центра "тяжести" максимумов интенсивностей Im,n в дифракционных порядках
αx αy где n и m номер столбца и строки матрицы фотоприемников; N2 число фотоприемников. Зависимость величины фазовых искажений от положения центра "тяжести" максимума интенсивности носит монотонный характер. Пример такой зависимости для двух фотодетекторов показан на фиг. 4. Для измерения сферической аберрации и дефокусировки можно использовать фазовую решетку с профилем sin [a(x2 + y2)2 + bx]+ + sin [a (x2 + y2) + by] для измерения астигматизма любой ориентации: sin [a (x2 y2)+ + bx] + sin (axy + bх).
Точность измерения аберраций волнового фронта соответствует точности, задаваемой фактором Штреля (например, для среднеквадратического отклонения волнового фронта в 0,1λ от плоскости фактор Штреля уменьшается до 60%). Диапазон измерения фазовых аберраций ограничивается параметрами решетки и числом фотоприемников: a˙N/2.
При изменении угла падения светового пучка на входную апертуру датчика волнового фронта положение дифракционных порядков изменяется, т.е. работа датчика оказывается критичной к изменению наклона. Это можно устранить введением в сервосистему канала управления наклоном зеркала 5, связывающего зеркало на пьезоприводах с квадрантным фотоприемником, установленным в нулевом дифракционном порядке (фиг. 5). Изменение наклона волнового фронта приводит к смещению фокального пятна по сегментам фотоприемника и соответствующему изменению фототока с каждого сегмента. Вычитая сигналы с противоположных сегментов фотоприемника, получают информацию о наклоне волнового фронта. Для удобства представления эти сигналы можно откалибровать. После измерения наклона (если информация о наклоне необходима) разностные сигналы усиливаются и подаются на пьезоприводы зеркала. Пьезоприводы изготавливаются из биморфных пьезокерамических пластин (пьезопластин, склеенных противоположной поляризацией, которые из-за обратного пьезоэффекта при подключении к напыленным на них контактам электрического напряжения изгибаются, поскольку одна пластина удлиняется, а другая укорачивается в результате возникает изгибающий момент). Эти пьезоприводы одним концом крепятся к оправе, а другим к краю зеркала. В зависимости от величины и знака приложенного к пьезоприводам напряжения зеркало поворачивается и меняется угол падения светового пучка на фазовую решетку. Выбор коэффициентов усиления в канале управления наклоном зеркала сервосистемы производится таким образом, чтобы управление было устойчивым и зеркало выполняло коррекцию наклонов волнового фронта.
Датчик волнового фронта предполагается использовать для измерения астигматизма полупроводниковых лазеров с целью изготовления компенсаторов. Другое важное применение адаптивные оптические системы для оптической связи через атмосферу и внутрирезонаторной коррекции в технологических лазерах.
Формула изобретения: 1. ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА, включающий оптически связанные диспергирующий элемент в виде дифракционной решетки, линзу, набор фотоприемников с диафрагмами, соединенных с сервосистемой, отличающийся тем, что, с целью измерения астигматизма и дефокусировки, дифракционная решетка выполнена ангармонической с фазовым профилем sin(ax2 + bx) + sin(ay2 + by), где a и b постоянные решетки.
2. Датчик волнового фронта, включающий оптически связанные диспергирующий элемент в виде дифракционной решетки, линзу, набор фотоприемников с диафрагмами, соединенных с сервосистемой, отличающийся тем, что, с целью измерения сферической аберрации и дефокусировки, дифракционная решетка выполнена ангармонической с фазовым профилем sin[a(x2 + y2)2 + bx] + sin[a(x2 + y2) + by] где a и b постоянные решетки.
3. Датчик волнового фронта, включающий оптически связанные диспергирующий элемент в виде дифракционной решетки, линзу, набор фотоприемников с диафрагмами, соединенных с сервосистемой, отличающийся тем, что, с целью измерения астигматизма любой ориентации, дифракционная решетка выполнена ангармонической с фазовым профилем sin[a(x2 y2) + bx] + sin(axy + bx), где a и b постоянные решетки.