Прецизійний калібратор фази

Прецизійний калібратор фази, що містить лазер, вимірювач лінійних переміщень, перший акустооптичний модулятор, модуляційний вхід якого підключений до виходу генератора, а вихід оптично зв’язаний через пристрій зведення променів з фотоприймачем, який відрізняється тим, що в 36241 виходу генератора підключений модуляційний вхід другого акустооптичного модулятора та вхід подвоювача частоти, вихід другого акустооптичного модулятора оптично зв’язаний через пристрій зведення променів з фотоприймачем, а виходи подвоювача частоти та фотоприймача, які є виходами калібратора, підключені до входів нуль-індикатора. На кресленні (фіг.) наведена структурна схема прецизійного калібратора фази. Прецизійний калібратор фази складається з лазеру (Л) 1, оптично зв’язаного через пристрій розведення променів (ПРП) 2 з першим 3 та другим 4 акустооптичними модуляторами (АОМ), розташованими на стабілізаційній платформі (СП) 5, механічно зв’язаній з вимірювачем лінійних переміщень (ВЛП) 6, пристрою зведення променів (ПЗП) 7, за допомогою якого оптично зв’язані виходи першого 3 та другого 4 АОМ та вхід фотоприймача (ФП) 8, генератора (Г) 9, вихід якого підключений до модуляційних входів першого 3 та другого 4 АОМ та входу подвоювача часто ти (ПЧ) 10, та нуль-індикатора (НІ) 11, входи якого є виходами калібратора і підключені до виходів фотоприймача 8 та подвоювача частоти 10. Пристрій працює таким чином. Випромінювання лазера 1 за допомогою пристрою розведення променів 2 розділяється на два випромінювання, на шляху яких під відповідним кутом (кутом Брегга) на стабілізаційній платформі 5 встановлено перший 3 та другий 4 АОМ, На модуляційні входи першого 3 та другого 4 АОМ подається гармонічна напруга збудження радіочастотного діапазону (40-110 МГц) від генератора 9. В результаті акустооптичної взаємодії лазерного випромінювання з частотою fo та акустичної хвилі збудження з частотою F на виходах першого 3 та другого 4 АОМ за рахунок дифракції випромінювання лазера з'являються дифраговані промені ±1 порядків. Промені нульового порядку в розглянутому вимірювачі не використовуються. Дифрагований промінь +1 порядку на виході першого 3 АОМ має частоту f0+F, а промінь -1 порядку на виході другого 4 АОМ - часто ту f 0-F. Ці промені на виході першого 3 та другого 4 АОМ випромінюються під кутом Брегга Q arcsin = l , 2L де = l c f0 (1), (2), де v 0 = 2p f0 ; W = 2p F; D j 1 , D j 1 , D j 1 , фа2 3 9 зові нестабільності, що вносяться (за рахунок температурних нестабільностей та вібрацій) пристроєм розведення променів 2, першим З АОМ та генератором 9 (за рахунок відхилення частоти) в дифрагований промінь +1 порядку; D j -1 , Dj - 1, D j -1 - фазові нестабільності, що 2 4 9 вносяться пристроєм розведення променів 2, другим 4 АОМ та генератором 9 в дифрагований промінь -1 порядку; Е1 та Е-1 - амплітудні значення інтенсивностей дифрагованих променів +1 та -1 порядків дифракції; 1 - лінійне переміщення стабілізаційної платформи 5 з першим 3 та другим 4 АОМ, яке задається вимірювачем лінійних переміщень 6; j M3 = - j M4 = - 2p 1 - фазовий зсув, що виниL кає при переміщенні на величину 1 першого 3 або другого 4 АОМ. Просторово розведені промені на виході першого 3 та др угого 4 АОМ, що визначаються співвідношеннями (1) та (2), за допомогою пристрою зведення променів 7 зводяться в площині фоточутливої частини фотоприймача 8, який працює аналогічно змішувачу радіодіапазону. Таким чином, на виході фотоприймача 8 (у випадку квадратичного режиму детектування) отримаємо напругу, яка має вигляд: (3), де b8 - коефіцієнт, що характеризує чутливість фотоприймача 8; g v 0 + W - коефіцієнти, що враховують послаблення дифрагованих променів ( ) +1 та -1 порядків дифракції; Dj 1 та Dj - 1 - фа7 7 зові нестабільності, що вносяться пристроєм зведення променів 7 у відповідні складові співпалих променів; Dj 1 та Dj - 1 - фазові нестабільності, 8 8 що вносяться фотоприймачем 8 у відповідні складові співпалих променів. З співвідношення (3) виходить, що фазові нестабільності, які виникають в каналах калібратора, віднімаються. В зв’язку з цим нестабільності, що виникають за рахунок зміни температури та вібрацій в елементах, крізь які проходять промені першого та другого каналів, корельовані та взаємно виключаються: - довжина хвилі випромінювання, що падає; L = V довжина акусF тичної (ультразвукової) хвилі; с та V - відповідно швидкість світла та швидкість ультразвуку в кристалі модулятора. При порівняно невеликому значенні кута Θ£20° (тому що довжина хвилі лазерного випромінювання набагато менше довжини акустичної хвилів кристалі модулятора) на порівняно невеликій базі можна забезпечити просторову фільтрацію променів на виході першого 3 та другого 4 АОМ. Інтенсивність променів на виході першого 3 та другого 4 АОМ визначається такими співвідношеннями: Dj 1 = Dj 2 1, 2 Dj1 = Dj - 1 = D j 9, 9 9 D j1 = Dj -1 7 7 та -1 8 Dj = Dj . 1 8 Фазову нестабільність, що вноситься першим 3 та другим 4 АОМ DjАОМ = Dj1 - Dj- 1 , можна сут3 4 тєво зменшити при встановленні їх на спільній стабілізаційній платформі 5. В цьому випадку співвідношення (3) можна переписати таким чином: æ 1 ö U8 (t ) = b8E1E-1g (v0 + W)g (v0 - W) cos 2Wt - 4p + Dj 9 ÷. (4). ç L è ø 2 36241 Таким чином, перший 3 та другий 4 АОМ встановлені на стабілізаційній платформі 5 так, що при її переміщенні акустична хвиля в першому З АОМ набігає на світлову, а в другому 4 АОМ - відходить від падаючої світлової хвилі, тобто внесені при æ 1ö переміщенні модуляторів фазові зсуви ç 2 p ÷ Lø è мають протилежні знаки і в результуючому промені складаються. Як виходить з аналізу, перший 3 та другий 4 АОМ використовуються в якості оптичного фазообертача, а їх лінійне переміщення, яке задається вимірювачем лінійних переміщень 6, визначає фазовий зсув напруги на ви ході фотоприймача 8 (першої вихідної напруги прецизійного калібратора фази). Другою вихідною напругою прецизійного калібратора фази є вихідна напруга подвоювача частоти 10, яка визначається співвідношенням U10 (t ) = K10 Um9 cos(2Wt + 2Dj9 ). фаз в каналах пристрою за допомогою переміщення стабілізаційної платформи 5 за показаннями нуль-індикатора 11. Тоді фазовий зсув між напругами U10(t) та U8(t), які є ви хідними напругами пристрою, буде визначатися тільки величиною jПКФ = 2 jМ3 = 2 jМ4 . Якщо переміщувати стабілізаційну платформу 5 на відстань 1, яка дорівнює половині довжини акустичної хвилі А, то можна на виходах калібратора отримати регульований фазовий зсув в межах (0¸360)°. Фазовий зсув, що задається, визначається за відліковим пристроєм вимірювача лінійних переміщень 6. Змінювати частоту ви хідних напруг прецизійного калібратора фази можна при зміні частоти вихідної напруги генератора 9. Розширити частотний діапазон можна гетеродинуванням без суттєвих по хибок. Точність завдання фазового зсуву за допомогою переміщення стабілізаційної платформи 5 з першим 3 та другим 4 АОМ визначається точністю вимірювання (завдання) лінійного переміщення, яка для сучасної апаратури лінійних переміщень складає 1=(0,005¸0,01) мкм. Довжина акустичної хвилі в першому 3 та др угому 4 АОМ в діапазоні частот (40¸110)МГц для основних акустооптичних матеріалів (плавлений кварц, скло, герпаній, молібдат свинцю) складає L=(0,033¸0,149) мкм. Тоді похибка завдання кута фазового зсуву (5), де Um9 - амплітуда вихідної напруги генератора 9; К10 - коефіцієнт передачі подвоювача частоти 10. Таким чином, фазовий зсув між вихідними напругами прецизійного калібратора фази jПКФ = arg{ 10 (t )} - arg{U8 (t )} = 4 p U 1 L Dj = 360о визначається тільки величиною переміщення стабілізаційної платформи 5 з першим 3 та другим 4 АОМ та довжиною акустичної хвилі і не залежить від температурних та вібраційних фазових нестабільностей. Для установки абсолютних значень фазових зсувів на виході пристрою необхідно на початку вимірювань скомпенсувати систематичний набіг 2D1 о = (0,0241¸ 0. 217) , L що дозволяє з високою точністю проводити повірку фазометрів радіодіапазону. 3 36241 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4