DD211168A1 - DEVICE FOR MODULATING OPTICAL GEAR DIFFERENCES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen. Ziel der Erfindung ist es, bei relativ kleinen piezoelektrischen Spannungen grosse Modulationsgangunterschiede zu erreichen, ohne dass temperaturabhaengige Verlagerungen des modulierenden optischen Elementes auftreten. In einer Montageplatte, beispielsweise aus Quarz, sind ein oder mehrere Schlitze eingearbeitet, so dass eine bewegliche Zunge entsteht. Der optische Teiler eines Interferometers ist fest mit der Montageplatte verbunden. An der beweglichen Zunge sind das Referenztripelprisma und ein piezoelektrisches Biegeelement, das an seinem anderen Ende mit einer Schwingmasse fest verbunden ist, angebracht. Das piezoelektrische Biegeelement wird elektrisch mit einer Resonanzfrequenz des mechanischen Systems erregt. Eine Modulation optischer Gangunterschiede kann bei fotoelektrischer Abtastung zur Signaluebertragung notwendig sein. Die Vorrichtung kann weiter zur Ermittlung der Amplitudenfrequenzgaenge fotoelektrischer Detektoren benutzt werden.The invention relates to a device for modulating optical path differences in interferometric arrangements. The aim of the invention is to achieve large modulation path differences at relatively low piezoelectric voltages without temperature-dependent displacements of the modulating optical element occur. In a mounting plate, such as quartz, one or more slots are incorporated, so that a movable tongue is formed. The optical divider of an interferometer is firmly connected to the mounting plate. On the movable tongue, the reference triple prism and a piezoelectric bending element, which is fixedly connected at its other end with a vibration mass attached. The piezoelectric bending element is electrically excited at a resonance frequency of the mechanical system. Modulation of optical path differences may be necessary in photoelectric scanning for signal transmission. The device can be further used to determine the amplitude frequency paths of photoelectric detectors.
Description
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Vorrichtung zur Modulation optischer GangunterschiedeDevice for modulating optical path differences
Der Erfindungsgegenstand ist überall dort anwendbar, wo in interferometrie c hen Anordnungen Modulationen optischer Gangunterschiede notwendig sind. Dies kann bei fotoelektrischer Abtastung zur Signalübertragung und aus meßtechnischen Gründen erforderlich sein. Weiterhin kann die Vorrichtung zur Ermittlung der Amplitudenfrequenzgänge fotoelektrischer Detektoren benutzt werden.The subject invention is applicable wherever it is necessary in interferometry c hen arrangements modulations of optical path differences. This may be necessary for photoelectric scanning for signal transmission and metrological reasons. Furthermore, the device can be used to determine the amplitude frequency responses of photoelectric detectors.
Zur Modulation optischer Gangunterschiede in bekannten interferometrischen Anordnungen, die aus einem optischen Teiler und zwei die Phase beeinflussenden Elementen, beispielsweise Tripelprismen, bestehen, können verschiedene Möglichkeiten zur Anwendung kommen. So kann eine planparallele Glasplatte in einen Strahlengang gebracht werden. Bei Neigung der Glasplatte zum Strahlenverlauf ändert sich der Glasweg, wodurch eine Modulation erreicht werden kann. Auch der reziproke piezoelektrische Effekt von ^uarzkristallen kann zur Modulation benutzt werden.For modulation of optical path differences in known interferometric arrangements, which consist of an optical divider and two elements influencing the phase, for example triple prisms, various possibilities can be used. Thus, a plane-parallel glass plate can be brought into a beam path. When tilting the glass plate to the beam path, the glass path changes, whereby a modulation can be achieved. The reciprocal piezoelectric effect of quartz crystals can also be used for modulation.
Beide Varianten haben den Nachteil, daß bei vertretbaren geometrischen Abmessungen nur kleine Modulationsgangunterschiede erzielt werden können.Both variants have the disadvantage that only small modulation path differences can be achieved with reasonable geometrical dimensions.
Wesentlich größere Modulationsgangunterschiede erhält man, wenn man beispielsweise ein Tripelprisma des Interferometers in Strahl-Much greater modulation path differences are obtained when, for example, a triple prism of the interferometer in beam
-aFEB19B3*.O67576-aFEB19B3 * .O67576
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richtung schwingen läßt« Es ist bekannt, daß dazu das Tripelprisma an einem Ende eines piezoelektrischen Biegeschwingers befestigt werden kann, während das andere Ende gestellfest angeordnet ist«It is known that the triple prism can be attached to one end of a piezoelectric bending oscillator while the other end is fixed to the frame. "
Solche Vorrichtungen sind jedoch recht störanfällig, da temperaturabhängige Verlagerungen des Tripelprismas auftreten· , Außerdem werden relativ große elektrische Spannungen zum Betreiben des piezoelektrischen Biegeelementes benötigt.However, such devices are quite prone to failure, since temperature-dependent displacements of the triple prism occur ·, In addition, relatively large voltages are required to operate the piezoelectric bending element.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen zu schaffen, die große Modulationsgangunterschiede bei relativ kleinen elektrischen Betriebsspannungen ermöglicht, ohne daß temperaturabhängige Verlagerungen des die Phase beeinflussenden Elementes z.B. des JRef erenztripelprismas, auftreten können.The object of the invention is to provide a device for modulating optical path differences in interferometric arrangements, which allows large modulation path differences at relatively low electrical operating voltages, without causing temperature-dependent displacements of the phase-influencing element, e.g. of the Jeref triple tri-prism.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen zu schaffen, die mit kleinen Betriebsspannungen große Modulationsgangunterschiede erreicht und den Nachteil der temperaturabhängigen Verlagerungen des modulierenden optischen Bauelementes in bekannten Lösungen beseitigt.The invention has for its object to provide a device for modulating optical path differences in interferometric arrangements, which achieves large modulation path differences with low operating voltages and eliminates the disadvantage of temperature-dependent displacements of the modulating optical component in known solutions.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in eine Montageplatte, beispielsweise aus Quarz, ein oder mehrere Schlitze so eingearbeitet sind, daß in der Montageplatte eine bewegliche Zunge vorhanden ist.According to the invention the object is achieved in that in a mounting plate, such as quartz, one or more slots are incorporated so that a movable tongue is present in the mounting plate.
Der optische Teiler eines Interferometers wird fest, z. B. durch kleben, auf der Montageplatte angeordnet, während ein die Phase beeinflussendes Element, beispielsweise ein Tripelprisma, auf der beweglichen Zunge befestigt ist. Das andere die Phase beeinflussende Element, z. B. auch ein Tripelprisma, führt entwederThe optical divider of an interferometer is fixed, z. B. by sticking, arranged on the mounting plate, while a phase-influencing element, such as a triple prism, is mounted on the movable tongue. The other phase influencing element, eg. B. also a triple prism, leads either
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die zu messende Bewegung aus oder ist auch fest angeordnet. Das Ende der beweglichen Zunge ist mit einem Ende eines piezoelektrischen Biegeelementes verbunden· Am anderen Ende des piezoelektrischen Biegeelementes befindet sich eine Schwingmasse»the movement to be measured from or is also fixed. The end of the movable tongue is connected to one end of a piezoelectric bending element · At the other end of the piezoelectric bending element is a vibration mass »
Das piezoelektrische Biegeelement wird mit einer sinusförmigen elektrischen Spannung, deren Frequenz einer Resonanzfrequenz des mechanischen Systems entspricht, erregt. Da im Resonanzfall gearbeitet wird, werden bei kleinen Spannungen der Güte des mechanischen Systems entsprechend große Auslenkungen des die Phase beeinflussenden Elementes erreicht. Da die Erregung nicht durch direkten Bezug zu einem Festpunkt erfolgt, ist die Nullage des die Phase beeinflussenden Elements unabhängig von der Temperatur, wenn man von den vernachlässigbaren Ausdehnungen des Materials der Montageplatte absieht. Um Fehler infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beweglicher Zunge und piezoelektrischem Biegeelement zu vermeiden, muß das die Phase beeinflussende Element außerhalb der Verbindungszone beider Elemente an der beweglichen Zunge befestigt werden.The piezoelectric bending element is excited with a sinusoidal electrical voltage whose frequency corresponds to a resonance frequency of the mechanical system. Since working in the case of resonance, correspondingly large deflections of the phase-influencing element are achieved at low voltages of the quality of the mechanical system. Since the excitation does not occur by direct reference to a fixed point, the zero position of the phase influencing element is independent of the temperature, apart from the negligible expansions of the material of the mounting plate. In order to avoid errors due to the different coefficients of thermal expansion of the movable tongue and the piezoelectric bending element, the phase-influencing element must be fastened to the movable tongue outside the connecting zone of both elements.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show:
Fig. 1: Vorderansicht der Vorrichtung Fig. 2: Seitenansicht der VorrichtungFig. 1: front view of the device Fig. 2: side view of the device
Entsprechend Fig. 1 ist in eine Montageplatte 1, die aus einem Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z.· B. Quarz, besteht, ein Schlitz so eingearbeitet, daß am Rand der Montageplatte Λ eine bewegliche Zunge 2 vorhanden ist.1, a slot is formed in a mounting plate 1 made of a material having a small thermal expansion coefficient, eg, quartz, so that a movable tongue 2 is provided at the edge of the mounting plate Λ .
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen ist der optische Teiler 3 eines Interferometers fest mit der Montageplatte 1 verbunden, während das die Phase beeinflussende Element, das ReferenztripelprismaAs shown in FIGS. 1 and 2, the optical divider 3 of an interferometer is fixedly connected to the mounting plate 1, while the phase influencing element is the reference triple prism
_ Q CFiHQ Β Q * Π ß r? Γί ~; Γ._ Q CFiHQ Β Q * Π ß r? Γί ~; Γ.
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an der beweglichen Zunge 2 befestigt ist. Die Befestigung des optischen Teilers 3 und des Referenztripelprismas 5 kann beispielsweise durch kleben erfolgen. Am Ende der beweglichen Zunge 2 ist ein Ende des piezoelektrischen Biegeelementes 9 fest, z. B. durch kleben, angeordnet. Das andere Ende des piezoelektrischen Biegeelementes 9 ist fest, z. B. ebenfalls durch kleben, mit der Schwingmasse 8 verbunden.is attached to the movable tongue 2. The attachment of the optical divider 3 and the Referenztripelprismas 5 can be done for example by gluing. At the end of the movable tongue 2, one end of the piezoelectric bending element 9 is fixed, z. B. by gluing, arranged. The other end of the piezoelectric bending element 9 is fixed, z. B. also by gluing, connected to the oscillating mass 8.
Im optischen Teiler 3» der mit parallelem und monochromatischem Licht beleuchtet wird, teilt sich das Licht in zwei gleiche Bündel auf. Die Bündel durchlaufen jeweils das Tripelprisma 4 bzw. das Referenztripelprisma 5, reflektieren an den Spiegeln 6 bzw. 7» durchlaufen jeweils das Tripelprisma 4- bzw. das Referenztripelprisma 5 noch einmal und erzeugen durch Überlagerung eine Interferenzerscheinung.In the optical divider 3, which is illuminated with parallel and monochromatic light, the light splits into two equal bundles. The bundles respectively pass through the triple prism 4 or the reference triple prism 5, reflect on the mirrors 6 and 7, respectively, pass through the triple prism 4 or the reference triple prism 5 again and produce an interference phenomenon by superposition.
Die Interferenzerscheinung wird mittels der fotoelektrischen Detektoren 10 abgetastet. Wird das piezoelektrische Biegeelement 9 mit einer sinusförmigen Spannung, deren Frequenz gleich einer Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Systems, bestehend aus der beweglichen Zunge 2, dem Referenztripelprisma 5ι der Schwingmasse 8 und dem piezoelektrischen Biegeelement 9t ist erregt, so wird durch die Schwingbewegung des Referenztripelprismas 5 der optische Gangunterschied moduliert. Soll die Verschiebung des Tripelprismas 4 gemessen werden, so registrieren die fotoelektrischen Detektoren 10 die Überlagerung von Meßgangunterschied und Modulationsgangunterschied.The interference phenomenon is scanned by means of the photoelectric detectors 10. If the piezoelectric bending element 9 is excited with a sinusoidal voltage whose frequency is equal to a resonant frequency of the oscillatory system consisting of the movable tongue 2, the reference triple prism 5ι of the oscillating mass 8 and the piezoelectric bending element 9t, then by the oscillatory motion of the reference triple prism 5 of the optical Path difference modulated. If the displacement of the triple prism 4 is to be measured, then the photoelectric detectors 10 register the superposition of the measurement path difference and the modulation path difference.
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