RU2557681C1

RU2557681C1 - Double-sided interferometer for measurement of length gauge rods

Info

Publication number: RU2557681C1
Application number: RU2014108448/28A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Орлов
Original assignee: Вячеслав Васильевич Орлов
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-07-27

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: double-sided interferometer comprises two lasers with stabilised emission frequency, a circular three-mirror interferometer and two applied holograms, one of which is recorded by emission of one laser, the other one - of the other laser. Applied holograms are illuminated by two light beams, which, having passed through holograms, generate an interferential picture in the form of an interferential strip of unlimited width. Three measurements of difference of phases of interfering waves are made at wavelength of radiation wave of each laser. The first measurement, when one of beams, illuminating holograms, is reflected from one measurement surface of the gauge rod installed in the circular three-mirror interferometer, the second measurement, when this light beam reflects from the second measurement surface of the gauge rod. The third measurement is performed, when this light beam passes the circular three-mirror interferometer in absence of the gauge rod in the interferometer.

EFFECT: reduced dimensions of an inteferometer.

8 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к интерферометрам для измерения длины концевых мер длины. Известны интерферометры для измерения длины концевых мер, основанные на интерференции волны, отраженной от одной измерительной поверхности меры и волны, отраженной от поверхности вспомогательной пластины, к которой концевая мера притерта другой измерительной поверхностью /1, 2/. К данному виду интерферометров относится широко используемый интерферометр Кестерса /3/.The invention relates to optical instrumentation, and more particularly to interferometers for measuring the length of end measures of length. Interferometers are known for measuring the length of end measures, based on the interference of the wave reflected from one measuring surface of the measure and the wave reflected from the surface of the auxiliary plate, to which the end measure is rubbed with another measuring surface / 1, 2 /. This type of interferometer includes the widely used Kester's interferometer / 3 /.

Недостаток этого вида интерферометров состоит в образовании притирочного слоя между притираемыми поверхностями концевой меры и вспомогательной пластины. Длина концевой меры, измеренная интерферометром данного типа, включает в себя толщину притирочного слоя, разброс значений которой составляет десятки нанометров /4/ и изменяется случайным образом при повторной притирке одной и той же концевой меры к одной и той же вспомогательной пластине. Операция притирки выполняется вручную, что снижает производительность процесса измерения и при многократном повторении приводит к повреждению измерительных поверхностей концевой меры.The disadvantage of this type of interferometer is the formation of a grinding layer between the grinding surfaces of the end measure and the auxiliary plate. The length of the end measure, measured by an interferometer of this type, includes the thickness of the lapping layer, the spread of which is tens of nanometers / 4 / and changes randomly when lapping the same end measure to the same auxiliary plate. The grinding operation is performed manually, which reduces the performance of the measurement process and, when repeated, leads to damage to the measuring surfaces of the end measure.

Данные недостатки отсутствуют у двустороннего интерферометра, у которого световые волны отражаются от двух измерительных поверхностей меры.These shortcomings are absent in a bilateral interferometer, in which light waves are reflected from two measuring surfaces of the measure.

Известны различные виды двусторонних интерферометров: интерферометр содержащий трехзеркальный кольцевой интерферометр и лазер со стабилизированной частотой излучения /5, 6/, интерферометр содержащий четырехзеркальный кольцевой интерферометр и два лазера со стабилизированной частотой излучения /7/, интерферометр содержащий трехзеркальный кольцевой интерферометр и низкокогерентный источник излучения /8/, интерферометр, содержащий трехзеркальный кольцевой интерферометр, в котором источником излучения служит лазер с перестраиваемой частотой излучения /9/.Various types of bilateral interferometers are known: an interferometer containing a three-mirror ring interferometer and a laser with a stabilized radiation frequency / 5, 6 /, an interferometer containing a four-mirror ring interferometer and two lasers with a stabilized radiation frequency / 7 /, an interferometer containing a three-mirror ring interferometer and a low coherent radiation source / 8 /, an interferometer containing a three-mirror ring interferometer, in which a tunable laser is used as a radiation source radiation rangefinders / 9 /.

Общий недостаток всех рассмотренных выше двусторонних интерферометров состоит в погрешности измерения, возникающей из-за искажений волновых фронтов интерферирующих световых волн, обусловленных погрешностями изготовления оптических элементов интерферометров, например, зеркал. Для устранения данной погрешности измерения предложено измерять искажения интерференционной картины, вызванные дефектами оптических элементов интерферометра /5/, выполнять двукратное измерение концевой меры при разных положениях меры в интерферометре /7, 9/.A common drawback of all the two-sided interferometers discussed above is the measurement error arising due to distortions of the wave fronts of interfering light waves caused by errors in the manufacture of optical elements of interferometers, for example, mirrors. To eliminate this measurement error, it was proposed to measure the distortion of the interference pattern caused by defects in the optical elements of the interferometer / 5 /, to perform a double measurement of the end measure at different positions of the measure in the interferometer / 7, 9 /.

Данный недостаток отсутствует у интерферометра рассмотренного в работе /10/, содержащего трехзеркальный кольцевой интерферометр и два лазера со стабилизированной частотой излучения. Излучение лазеров поступает в устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка, которое обеспечивает сведение световых пучков двух лазеров в один пучок, поступающий в расширитель пучка. Световой пучок, вышедший из расширителя пучка, поступает в трехзеркальный кольцевой интерферометр, в котором установлена измеряемая концевая мера. Формируются интерференционные картины, возникающие при интерференции двух опорных волн с измерительными волнами, отражающимися от двух измерительных поверхностей концевой меры и проходящими вблизи боковых поверхностей концевой меры. Длина концевой меры определяется по фазам измерительных волн, которые находятся по интерференционным картинам, полученным при различных сдвигах фаз опорных волн. Для сдвига фаз опорных волн используются устройства сдвига фазы, представляющие собой зеркало, перемещаемое пьезоактюатором. Оптическая система данного интерферометра формирует световые пучки большого диаметра, превышающего размер измерительных поверхностей концевых мер, что требует большого диаметра оптических элементов интерферометра и тем самым увеличивает его габариты, вес и стоимость. Цель настоящего изобретения состоит в создании двустороннего интерферометра небольших габаритов. Указанная цель достигается тем, что интерферометр наряду с элементами и узлами интерферометра /10/ содержит две наложенные голограммы, одна из которых записана излучением одного лазера, другая - излучением другого лазера, устройство освещения голограмм, светоделительное устройство, устройство измерения интенсивности излучения лазеров.This disadvantage is absent in the interferometer considered in / 10 /, which contains a three-mirror ring interferometer and two lasers with a stabilized radiation frequency. The laser radiation enters the laser radiation input device into the beam expander, which provides the combination of the light beams of two lasers into one beam entering the beam expander. The light beam emerging from the beam expander enters a three-mirror ring interferometer in which a measurable end measure is installed. The interference patterns are formed, arising from the interference of two reference waves with measuring waves reflected from two measuring surfaces of the end measure and passing near the side surfaces of the end measure. The length of the end measure is determined by the phases of the measuring waves, which are found from the interference patterns obtained at various phase shifts of the reference waves. To shift the phases of the reference waves, phase-shifting devices are used, which are a mirror moved by a piezo actuator. The optical system of this interferometer generates light beams of large diameter exceeding the size of the measuring surfaces of the end measures, which requires a large diameter of the optical elements of the interferometer and thereby increases its dimensions, weight and cost. The purpose of the present invention is to provide a two-sided interferometer of small dimensions. This goal is achieved by the fact that the interferometer along with the elements and nodes of the interferometer / 10 / contains two superimposed holograms, one of which is recorded by the radiation of one laser, the other by the radiation of another laser, a hologram lighting device, a beam splitter, a device for measuring laser radiation intensity.

Излучение лазеров поступает в устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка, которое обеспечивает сведение световых пучков двух лазеров в один пучок, поступающий в расширитель пучка. Устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка может иметь несколько вариантов выполнения. В одном из вариантов оно может содержать зеркало, от которого отражается световой пучок одного лазера, и светоделительное зеркало или светоделительную призму, через которое проходит пучок, отраженный зеркалом и от которого отражается световой пучок другого лазера. В другом варианте выполнения устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка содержит оптическое волокно, в которое вводится излучение двух лазеров. Выходной торец волокна расположен в передней фокальной плоскости объектива расширителя пучка. Световой пучок, вышедший из расширителя пучка, имеет диаметр, не превосходящий ширину измерительной поверхности концевой меры. Этот пучок падает на светоделительное зеркало, делящее световой пучок на два параллельных пучка, распространяющихся на небольшом расстоянии друг от друга, которые поступают в светоделительное устройство. Светоделительное устройство направляет световые пучки, в кольцевой трехзеркальный интерферометр, в устройство освещения голограмм, на фотоприемник, служащий устройством измерения интенсивности излучения лазеровThe laser radiation enters the laser radiation input device into the beam expander, which provides the combination of the light beams of two lasers into one beam entering the beam expander. A device for introducing laser radiation into a beam expander can have several embodiments. In one embodiment, it may comprise a mirror from which the light beam of one laser is reflected, and a beam splitter or beam splitter prism through which passes the beam reflected by the mirror and from which the light beam of the other laser is reflected. In another embodiment, the device for introducing laser radiation into the beam expander contains an optical fiber into which the radiation of two lasers is introduced. The output end of the fiber is located in the front focal plane of the lens of the beam expander. The light beam emerging from the beam expander has a diameter not exceeding the width of the measuring surface of the end measure. This beam falls on a beam splitting mirror, dividing the light beam into two parallel beams, propagating at a small distance from each other, which enter the beam splitting device. A beam splitting device directs the light beams into a ring three-mirror interferometer, into a hologram lighting device, to a photodetector serving as a device for measuring laser radiation intensity

В процессе измерения длины концевой меры концевая мера находится в двух положениях. В первом положении концевая мера не установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре и световые пучки в кольцевом трехзеркальном интерферометре распространяются навстречу друг другу. Во втором положении концевая мера установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре и световые пучки падают по нормали на две измерительные поверхности концевой меры, отражаясь от них. В любом случае, установлена концевая мера в кольцевом трехзеркальном интерферометре или нет, из кольцевого трехзеркального интерферометра выходят световые пучки, распространяющиеся в обратном направлении по отношению к световым пучкам, входящим в кольцевой трехзеркального интерферометр.In the process of measuring the length of the end measure, the end measure is in two positions. In the first position, the end measure is not installed in the ring three-mirror interferometer and light beams in the ring three-mirror interferometer propagate towards each other. In the second position, the end measure is installed in a ring three-mirror interferometer and the light beams fall along the normal to the two measuring surfaces of the end measure, being reflected from them. In any case, whether the end measure is established in the ring three-mirror interferometer or not, light beams coming out of the ring three-mirror interferometer propagate in the opposite direction with respect to the light beams entering the ring three-mirror interferometer.

Распространяясь в обратном направлении, световые пучки, вышедшие из кольцевого трехзеркального интерферометра, поступают в светоделительное устройство. Из светоделительного устройства в устройство освещения голограмм поступает два световых пучка, из которых устройство освещения голограмм формирует два световых пучка освещающих наложенные голограммы. Световые пучки, освещающие голограмму, записанную излучением того лазера, излучение которого используется для освещения голограмм, в первых порядках дифракции голограммы восстанавливают друг друга. Восстановление одного светового пучка другим пучком обеспечивается условием записи голограмм: каждая наложенная голограмма получена путем экспонирования регистрирующей среды двумя световыми пучками, выходящими из устройства освещения голограмм.Propagating in the opposite direction, the light beams emerging from the annular three-mirror interferometer enter the beam splitting device. Two light beams come from the beam splitting device to the hologram lighting device, from which the hologram lighting device generates two light beams illuminating the superimposed holograms. The light beams illuminating the hologram recorded by the radiation of the laser whose radiation is used to illuminate the holograms in the first diffraction orders of the hologram restore each other. The restoration of one light beam by another beam is provided by the condition for recording holograms: each superimposed hologram is obtained by exposing the recording medium to two light beams emerging from the hologram lighting device.

При освещении одной из наложенных голограмм одним из двух световых пучков, выходящим из устройства освещения голограмм, с использованием того лазера, излучением которого была записана данная наложенная голограмма, голограмма восстанавливает световую волну другого пучка. В результате при освещении голограммы двумя световыми пучками за голограммой возникают два световых пучка в каждом из которых интерферируют две волны. Одна волна - волна нулевого порядка дифракции голограммы, возникающая от одного из световых пучков, освещающих голограмму, другая волна - волна восстановленная в первом порядке дифракции голограммы, возникающая от второго светового пучка освещающего голограмму.When one of the superimposed holograms is illuminated with one of two light beams emerging from the hologram illumination device, using the laser whose radiation the given superimposed hologram was recorded, the hologram restores the light wave of the other beam. As a result, when a hologram is illuminated with two light beams behind the hologram, two light beams arise in each of which two waves interfere. One wave is a zero-order hologram diffraction wave arising from one of the light beams illuminating the hologram, another wave is a wave reconstructed in the first hologram diffraction order arising from the second light beam illuminating the hologram.

Световой пучок нулевого порядка дифракции наложенных голограмм, возникающий при освещении голограмм световым пучком, отражающимся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре, поступает в устройство измерения интенсивности интерференционной картины. Устройство измерения интенсивности интерференционной картины измеряет интенсивность картины интерференции между волной нулевого порядка дифракции голограммы и волной, восстановленной в первом порядке дифракции голограммы, возникающей при освещении голограммы вторым световым пучком.A zero-order diffraction light beam of superimposed holograms, which occurs when the holograms are illuminated by a light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure, when the end measure is installed in the ring three-mirror interferometer, enters the device for measuring the intensity of the interference pattern. The device for measuring the intensity of the interference pattern measures the intensity of the interference pattern between the zero-order diffraction wave of the hologram and the wave reconstructed in the first diffraction order of the hologram that occurs when the hologram is illuminated by a second light beam.

Для определения длины концевой меры выполняется три измерения разности фаз волн первого и нулевого порядков дифракции голограммы, при поочередном вводе в оптическую систему интерферометра излучения двух лазеров. Первое измерение разности фаз выполняется при отсутствии концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре. Второе и третье измерения выполняются при установке концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре, при поочередном отражении световой волны от двух ее измерительных поверхностей. Для пропускания световой волны, отраженной от одной измерительной поверхности концевой меры и блокирования отражения от другой измерительной поверхности используются два затвора, установленных в кольцевом интерферометре на пути световых пучков, падающих на измерительные поверхности концевой меры. Для измерения разности фаз устройством измерения интенсивности интерференционной картины измеряется интенсивность картины интерференции, при различных сдвигах фазы одной из интерферирующих волн. Сдвиг фазы осуществляется устройством сдвига фазы световой волны, представляющим собой, например, подвижную стеклянную пластинку, оптическая толщина которой изменяется дискретно. Два затвора, установленных на путях двух световых пучков, входящих в устройство освещения голограмм, обеспечивают возможность измерение интенсивности каждой из интерферирующих волн, что выполняется при перекрытии затвором одного из световых пучков. Влияние нестабильности интенсивности излучения лазеров на измеряемые интенсивности картины интерференции учитывается путем измерения фотоприемником интенсивности излучения лазеров, отраженного от светоделительного устройства.To determine the length of the end measure, three measurements of the phase difference of the waves of the first and zero orders of diffraction of the hologram are performed, when the radiation of two lasers is introduced into the optical system of the interferometer one by one. The first measurement of the phase difference is performed in the absence of an end measure in an annular three-mirror interferometer. The second and third measurements are performed when installing the end measure in an annular three-mirror interferometer, with the reflection of the light wave from its two measuring surfaces in turn. For the transmission of a light wave reflected from one measuring surface of the end measure and blocking the reflection from the other measuring surface, two shutters are used installed in the ring interferometer in the path of the light beams incident on the measuring surfaces of the end measure. To measure the phase difference, the interference pattern intensity measuring device measures the intensity of the interference pattern at various phase shifts of one of the interfering waves. The phase shift is carried out by the phase shift device of the light wave, which is, for example, a movable glass plate, the optical thickness of which varies discretely. Two shutters mounted on the paths of two light beams included in the hologram lighting device provide the ability to measure the intensity of each of the interfering waves, which is performed when the shutter closes one of the light beams. The effect of the instability of the laser radiation intensity on the measured intensities of the interference pattern is taken into account by measuring the laser radiation intensity reflected from the beam splitter by the photodetector.

Для нахождения фазы световой волны соответствующей длине концевой меры из первой разности фаз вычитается полусумма второй и третьей разностей фаз. На измеренное значение длины концевой меры не влияют искажения волновых фронтов интерферирующих волн, обусловленные несовершенством оптических элементов интерферометра, если искажения волновых фронтов достаточно малы. В этом случае искажения фаз в уменьшаемом равно искажениям фаз в вычитаемом и при вычитании они компенсируют друг друга.To find the phase of the light wave corresponding to the length of the end measure, the half-sum of the second and third phase differences is subtracted from the first phase difference. The measured value of the length of the end measure is not affected by distortions of the wave fronts of the interfering waves due to the imperfection of the optical elements of the interferometer, if the distortions of the wave fronts are sufficiently small. In this case, the phase distortion in the reduced equals the phase distortion in the subtracted and when subtracting, they cancel each other out.

При первом измерении разностей фаз интерференционная картина представляет собой полосу бесконечной ширины, поскольку интерферируют две одинаковые световые волны, одна из которых проходит через голограмму в ее нулевом порядке дифракции, другая восстановлена в первом порядке дифракции голограммы. При двух последующих измерениях разностей фаз вид интерференционной картины зависит от плоскостности и параллельности измерительных поверхностей концевой меры, отклонения от нормали углов падения световых волн на измерительные поверхности концевой меры, искажений плоских волновых фронтов световых волн, обусловленных зеркалами кольцевого трехзеркального интерферометра. Если измерительные поверхности концевой меры плоские и параллельны друг другу, световые волны падают на них по нормали и зеркала трехзеркального кольцевого интерферометра не искажают волнового фронта световых волн, то интерференционная картина представляет собой полосу бесконечной ширины.In the first measurement of phase differences, the interference pattern is a strip of infinite width, because two identical light waves interfere, one of which passes through the hologram in its zero diffraction order, the other is restored in the first diffraction order of the hologram. In two subsequent measurements of phase differences, the appearance of the interference pattern depends on the flatness and parallelism of the measuring surfaces of the end measure, deviations from the normal angles of incidence of light waves on the measuring surfaces of the end measure, distortions of the plane wave fronts of the light waves caused by mirrors of a ring three-mirror interferometer. If the measuring surfaces of the end measure are flat and parallel to each other, the light waves incident on them normal and the mirrors of the three-mirror ring interferometer do not distort the wave front of the light waves, then the interference pattern is a strip of infinite width.

В первом варианте выполнения изобретения светоделительное устройство содержит светоделительную поляризационную призму и четвертьволновую пластинку. Два световых пучка, поляризованные линейно в горизонтальной плоскости, поступают в светоделительное устройство, где проходят через светоделительную поляризационную призму, при этом частично, с небольшим коэффициентом отражения, отражаются на фотоприемник измеряющий интенсивности излучения лазеров. Выйдя из светоделительной поляризационной призмы, световые пучки проходят через четвертьволновую пластинку, после чего приобретают циркулярную поляризацию. После выхода из светоделительного устройства, два параллельных световых пучка поступают в кольцевой трехзеркальный интерферометр, из которого выходят в обратном направлении по отношению к световым пучкам, входящим в кольцевой трехзеркальный интерферометр. Распространяясь в обратном направлении, два параллельных световых пучка проходят через четвертьволновую пластинку светоделительного устройства, выйдя из которой приобретают линейную вертикальную поляризацию и отражаются поляризационной светоделительной призмой в устройство освещения голограмм.In a first embodiment of the invention, the beam splitting device comprises a beam splitting polarizing prism and a quarter-wave plate. Two light beams polarized linearly in the horizontal plane enter a beam splitting device, where they pass through a beam splitting polarizing prism, and partly, with a small reflection coefficient, are reflected onto a photodetector measuring the laser radiation intensity. Having left the beam-splitting polarizing prism, the light beams pass through the quarter-wave plate, after which they acquire circular polarization. After leaving the beam splitting device, two parallel light beams enter the annular three-mirror interferometer, from which they exit in the opposite direction with respect to the light beams entering the annular three-mirror interferometer. Propagating in the opposite direction, two parallel light beams pass through the quarter-wave plate of the beam splitter, leaving which they acquire linear vertical polarization and are reflected by the polarization beam splitter into the hologram illumination device.

Устройство освещения голограмм содержит три объектива и преобразует два входящих в него параллельных световых пучка в два пучка, освещающих наложенные голограммы. У двух объективов, в которые входят два параллельных пучка, параллельные оптические оси и совпадающие задние фокальные плоскости. На оптических осях двух данных объективов, в их задних фокальных плоскостях, установлены две диафрагмы, фильтрующие световые пучки от переотраженного и рассеянного света. Передняя фокальная плоскость третьего объектива совпадает с задними фокальными плоскостями двух данных объективов, оптическая ось третьего объектива совпадает с оптической осью того из двух данных объективов, в который поступает световой пучок, отражающийся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры в кольцевой трехзеркальный интерферометр. Третий объектив формирует из двух входящих в него световых пучка два пучка, освещающих наложенные голограммы, установленные в задней фокальной плоскости объектива.The hologram lighting device contains three lenses and converts the two parallel light beams included in it into two beams illuminating the superimposed holograms. Two lenses, which include two parallel beams, parallel optical axes and coincident rear focal planes. On the optical axes of these two lenses, in their rear focal planes, two diaphragms are installed that filter the light beams from the reflected and scattered light. The front focal plane of the third lens coincides with the rear focal planes of two of these lenses, the optical axis of the third lens coincides with the optical axis of that of the two lenses, into which the light beam reflects from the measuring surfaces of the end measure when the end measure is installed in the ring three-mirror interferometer. The third lens forms two beams from two light beams entering into it, illuminating superimposed holograms installed in the rear focal plane of the lens.

Устройство измерения интенсивности интерференционной картины содержит объектив, диафрагму и фотоприемник. Объектив, для которого обеспечена возможность перемещения вдоль оптической оси, формирует на фотоприемнике изображения измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры в кольцевой трехзеркальный интерферометр. В задней фокальной плоскости объектива, на его оптической оси, установлена диафрагма, пропускающая световые пучки порядков дифракции наложенных голограмм, распространяющихся вдоль оптической оси объектива и перекрывающая световые пучки, распространяющихся под углом к оптической оси.The device for measuring the intensity of the interference pattern contains a lens, aperture, and a photodetector. The lens, for which it is possible to move along the optical axis, forms images of measuring surfaces of the end measure on the photodetector when the end measure is installed in the ring three-mirror interferometer. In the rear focal plane of the lens, on its optical axis, a diaphragm is installed that transmits light beams of diffraction orders of superimposed holograms propagating along the optical axis of the lens and overlapping light beams propagating at an angle to the optical axis.

Устройство сдвига фазы световой волны может иметь три варианта выполнения.The phase shift device of the light wave can have three options for execution.

В первом варианте выполнения устройство сдвига фазы световой волны установлено на оптическом пути одного из световых пучков, входящих в устройство освещения голограмм, и представляет собой подвижную пластинку, оптическая толщина которой изменяется дискретно или подвижный оптический клин или плоскопараллельную пластинку, для которой обеспечен поворот.In the first embodiment, the light wave phase shift device is mounted on the optical path of one of the light beams included in the hologram illumination device and is a movable plate whose optical thickness varies discretely or a movable optical wedge or plane-parallel plate, for which rotation is provided.

Во втором варианте выполнения устройством сдвига фазы световой волны служат наложенные голограммы, перемещаемые пьезоактюатором в направлении линии пересечения плоскости падения двух световых пучков на голограммы с плоскостью голограмм. При перемещении голограмм фаза волн их первого порядка дифракции изменяется пропорционально величине перемещения, фаза волны нулевого порядка дифракции не изменяется.In the second embodiment, the superimposed holograms are the phase-shift device of the light wave, which are moved by the piezo actuator in the direction of the line of intersection of the plane of incidence of the two light beams on the hologram with the plane of the hologram. When moving the holograms, the phase of the waves of their first diffraction order changes in proportion to the magnitude of the movement, the phase of the wave of the zero diffraction order does not change.

В третьем варианте выполнения устройством сдвига фазы световой волны служит одно из зеркал трехзеркального кольцевого интерферометра, выполненное в виде составного зеркала, состоящего из двух зеркал, одно из которых перемещается пьезоактюатором. От одного зеркала составного зеркала отражается один световой пучок, от другого зеркала - другой световой пучок. Пьезоактюатором перемещается то зеркало составного зеркала, от которого отражается световой пучок, проходящий кольцевой трехзеркальный интерферометр, не отражаясь от измерительных поверхностей концевой меры.In the third embodiment, the light wave phase shift device is one of the mirrors of a three-mirror ring interferometer, made in the form of a composite mirror consisting of two mirrors, one of which is moved by a piezo actuator. One light beam is reflected from one mirror of a composite mirror, and another light beam from another mirror. The mirror of the composite mirror moves from the piezoelectric actuator, from which a light beam is reflected, passing an annular three-mirror interferometer, without being reflected from the measuring surfaces of the end measure.

Циркулярная поляризации световых волн, распространяющихся в кольцевом трехзеркальном интерферометре, должна сохранятся при всех изменениях оптического пути. В противном случае изменяются фазы интерферирующих волн. Фаза волны первого порядка дифракции наложенных голограмм во время всех трех измерений разностей фаз одна и та же, поскольку оптический путь этой волны не изменяется. Изменение фазы, обусловленное изменением поляризации при изменении оптического пути, имеет место для волны нулевого порядка дифракции голограмм, в силу несколько разных фазовых сдвигов вертикально и горизонтально поляризованных компонент циркулярно поляризованного света при отражении или прохождении света через зеркала кольцевого трехзеркального интерферометра, что приводит к систематической погрешности измерения длины концевых мер. Эта систематическая погрешность должна быть измерена и учитываться при измерениях.The circular polarization of light waves propagating in an annular three-mirror interferometer should be preserved with all changes in the optical path. Otherwise, the phases of the interfering waves change. The phase of the first-order diffraction wave of superimposed holograms during all three measurements of phase differences is the same, since the optical path of this wave does not change. A phase change due to a change in polarization with a change in the optical path takes place for a zero-order hologram diffraction wave due to several different phase shifts of vertically and horizontally polarized components of circularly polarized light when light is reflected or transmitted through mirrors of a ring three-mirror interferometer, which leads to a systematic error measuring the length of the end measures. This systematic error should be measured and taken into account in the measurements.

Данная систематическая погрешность отсутствует во втором варианте выполнения изобретения. В этом варианте светоделительное устройство содержит светоделительную поляризационную призму и четвертьволновую пластинку, установленные в световом пучке, проходящим кольцевой трехзеркальный интерферометр, не отражаясь от концевой меры. Светоделительное устройство также содержит светоделительную призму и полуволновую пластинку, через которые проходит световой пучок, отражающийся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре. Полуволновая пластинка, расположена в световом пучке, выходящем из светоделительной призмы и поступающем в устройство освещения голограмм. Полуволновая пластинка преобразует горизонтальную поляризацию в вертикальную. В данном световом пучке поляризация горизонтальна на всем оптическом пути от лазеров до полуволновой пластинки, независимо от изменения оптического пути.This systematic error is absent in the second embodiment of the invention. In this embodiment, the beam splitting device comprises a beam splitting polarizing prism and a quarter-wave plate mounted in a light beam passing through an annular three-mirror interferometer without being reflected from the end measure. The beam splitting device also contains a beam splitting prism and a half-wave plate through which a light beam passes, reflected from the measuring surfaces of the end measure, when installing the end measure in the ring three-mirror interferometer. The half-wave plate is located in the light beam emerging from the beam splitting prism and entering the hologram lighting device. A half-wave plate converts horizontal polarization to vertical. In this light beam, the polarization is horizontal along the entire optical path from lasers to the half-wave plate, regardless of the change in the optical path.

Второй вариант изобретения отличается от первого только другим вариантом светоделительного устройства. В остальном оптическая система второго варианта совпадает с оптической системой первого варианта изобретения.The second embodiment of the invention differs from the first only in another embodiment of a beam splitting device. Otherwise, the optical system of the second embodiment coincides with the optical system of the first embodiment of the invention.

Рассмотренная систематическая погрешность отсутствует также в третьем варианте выполнения изобретения. Третий вариант обеспечивает меньшие габариты интерферометра, чем второй за счет того, что световой пучок, не отражающийся от концевой меры, поступает в устройство освещения голограмм из светоделительного устройства, минуя трехзеркальный кольцевой интерферометр. В третьем варианте изобретения светоделительное устройство содержит зеркало и светоделительную призму или светоделительное зеркало. Устройство сдвига фазы световой волны в третьем варианте оптической системы имеет три варианта выполнения. Первый и второй варианты совпадают с рассмотренными выше первым и третьим вариантами выполнения устройства сдвига фазы. В третьем варианте выполнения устройством сдвига фазы световой волны служит зеркало светоделительного устройства, перемещаемое пьезоактюатором.The considered systematic error is also absent in the third embodiment of the invention. The third option provides smaller dimensions of the interferometer than the second due to the fact that the light beam, which is not reflected from the end measure, enters the hologram illumination device from the beam splitter, bypassing the three-mirror ring interferometer. In a third embodiment of the invention, the beam splitting device comprises a mirror and a beam splitting prism or beam splitting mirror. The device phase shift of the light wave in the third embodiment of the optical system has three options for execution. The first and second options coincide with the first and third embodiments of the phase shift device discussed above. In the third embodiment, the phase-shifting device of the light wave is a mirror of a beam splitter device moved by a piezo actuator.

Фиг.1 - структура оптической системы двустороннего интерферометра для измерения концевых мер длины.Figure 1 - structure of the optical system of a bilateral interferometer for measuring end measures of length.

Фиг.2 - схема записи голограммы 13 световыми пучками Р и Q.Figure 2 - recording scheme of the hologram 13 with light beams P and Q.

Фиг.3 - световые пучки трех порядков дифракции, возникающие при освещении голограммы 13 световым пучком Q.Figure 3 - light beams of three orders of diffraction that occur when illuminating the hologram 13 with a light beam Q.

Фиг.4 - световые пучки трех порядков дифракции, возникающие при освещении голограммы 13 световым пучком Р.Figure 4 - light beams of three diffraction orders that occur when illuminating the hologram 13 with a light beam R.

Фиг.5 - устройство сдвига фазы световой волны в виде наложенных голограмм, перемещаемых пьезоактюатором.Figure 5 - device phase shift of the light wave in the form of superimposed holograms moved by a piezo actuator.

Фиг.6 - первый вариант выполнения оптической системы двустороннего интерферометра для измерения концевых мер длины, в котором светоделительное устройство содержит светоделительную поляризационную призму и четвертьволновую пластинку установленные в двух световых пучках.6 is a first embodiment of an optical system for a two-sided interferometer for measuring end measures of length, in which the beam splitting device comprises a beam splitting polarizing prism and a quarter-wave plate installed in two light beams.

Фиг.7 - устройство сдвига фазы световой волны в виде составного зеркала, состоящего из двух зеркал, одно из которых перемещается пьезоактюатором.7 is a phase shift device of a light wave in the form of a composite mirror, consisting of two mirrors, one of which is moved by a piezo actuator.

Фиг.8 - второй вариант выполнения оптической системы двустороннего интерферометра для измерения концевых мер длины, в котором светоделительное устройство содержит светоделительную поляризационную призму и четвертьволновую пластинку, установленные в одном световом пучке, светоделительную призму и полуволновую пластинку, установленные в другом световом пучке.Fig. 8 is a second embodiment of a two-way interferometer optical system for measuring end length measures, in which the beam splitting device comprises a beam splitting polarizing prism and a quarter wave plate installed in one light beam, a beam splitting prism and a half wave plate installed in another light beam.

Фиг.9 - третий вариант выполнения оптической системы двустороннего интерферометра для измерения концевых мер длины, в котором светоделительное устройство содержит зеркало и светоделительную призму или светоделительное зеркало.Fig. 9 is a third embodiment of an optical system for a two-way interferometer for measuring end measures of length, in which the beam splitting device comprises a mirror and a beam splitting prism or beam splitting mirror.

На фиг.1 представлена структура оптической системы двустороннего интерферометра для измерения концевых мер длины. Излучение двух лазеров со стабилизированной частотой излучения 1 и 2 поступает в устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка 3, которое обеспечивает сведение световых пучков двух лазеров в один пучок, поступающий в расширитель пучка 4. Устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка в одном варианте своего выполнения содержит зеркало, от которого отражается световой пучок одного лазера и светоделительное зеркало, через которое проходит пучок, отраженный зеркалом и от которого отражается световой пучок другого лазера. В другом варианте выполнения устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка содержит оптическое волокно, в которое вводится излучение двух лазеров. Выходной торец волокна расположен в передней фокальной плоскости объектива расширителя пучка. Световой пучок, вышедший из расширителя пучка 4, падает на светоделительное зеркало 5, делящее световой пучок на два параллельных пучка, которые поступают в светоделительное устройство 6.Figure 1 shows the structure of the optical system of a bilateral interferometer for measuring end measures of length. The radiation of two lasers with a stabilized radiation frequency of 1 and 2 enters the device for inputting laser radiation into a beam expander 3, which provides the convergence of the light beams of two lasers into one beam entering the beam expander 4. The device for inputting laser radiation into the beam expander in one embodiment contains a mirror from which the light beam of one laser is reflected and a beam splitting mirror through which passes the beam reflected by the mirror and from which the light beam of the other laser is reflected. In another embodiment, the device for introducing laser radiation into the beam expander contains an optical fiber into which the radiation of two lasers is introduced. The output end of the fiber is located in the front focal plane of the lens of the beam expander. The light beam emerging from the beam expander 4, falls on the beam splitter mirror 5, dividing the light beam into two parallel beams, which enter the beam splitter 6.

Светоделительное устройство 6 пропускает световые пучки в кольцевой трехзеркальный интерферометр, состоящий из светоделительного зеркала 7 и зеркал 8 и 9. Светоделительное устройство отражает световые пучки, с небольшим коэффициентом отражения, на фотоприемник 10, измеряющий интенсивности излучения лазеров. В процессе измерения длины концевой меры концевая мера находится в двух положениях. В первом положении концевая мера 11 не установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре и световые волны в световых пучках распространяются навстречу друг другу. Во втором положении концевая мера 11 установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре, в световом пучке, падающем по нормали на две измерительные поверхности концевой меры, отражаясь от них. В любом случае установлена концевая мера 11 в кольцевом трехзеркальном интерферометре или нет, из кольцевого трехзеркального интерферометра выходят световые пучки, распространяющиеся в обратном направлении по отношению к пучкам, входящим в кольцевой трехзеркальный интерферометр.The beam splitter 6 transmits light beams into an annular three-mirror interferometer consisting of a beam splitter 7 and mirrors 8 and 9. The beam splitter reflects the light beams, with a small reflectance, to the photodetector 10, which measures the laser radiation intensity. In the process of measuring the length of the end measure, the end measure is in two positions. In the first position, the end measure 11 is not installed in the ring three-mirror interferometer and the light waves in the light beams propagate towards each other. In the second position, the end measure 11 is installed in an annular three-mirror interferometer, in a light beam incident normally on two measuring surfaces of the end measure, being reflected from them. In any case, end measure 11 is installed in the ring three-mirror interferometer or not, light beams coming out of the ring three-mirror interferometer propagating in the opposite direction with respect to the beams entering the ring three-mirror interferometer.

Распространяясь в обратном направлении, световые пучки поступают в светоделительное устройство 6. Светоделительное устройство 6 направляет два световых пучка в устройство освещения голограмм 12. Устройство освещения голограмм формирует из двух входящих в него световых пучков два пучка, освещающие наложенные голограммы 13 и 14. Одна голограмма предварительно записана излучением одного лазера, другая излучением другого лазера. В процессе измерения две наложенные голограммы поочередно освещаются излучением двух лазеров. Для пропускания излучения одного лазера и перекрытия излучения другого лазера используются затворы 15, 16. Световые пучки, освещающие голограммы 13, 14, в первых порядках дифракции голограмм восстанавливают друг друга. Восстановление одного светового пучка другим пучком обеспечивается условием записи голограмм: каждая из наложенных голограмм 13 и 14 получена путем экспонирования регистрирующей среды двумя световыми пучками, выходящими из устройства освещения голограмм 12. Одна голограмма излучением одного лазера, другая излучением другого лазера.Propagating in the opposite direction, the light beams enter the beam splitting device 6. The beam splitting device 6 directs two light beams to the hologram lighting device 12. The hologram lighting device generates two beams from the two light beams included in it illuminating the superimposed holograms 13 and 14. One hologram previously recorded by the radiation of one laser, the other by the radiation of another laser. During measurement, two superimposed holograms are alternately illuminated by the radiation of two lasers. To transmit radiation from one laser and block radiation from another laser, shutters 15, 16 are used. Light beams illuminating holograms 13, 14, in the first diffraction orders of holograms, restore each other. The restoration of one light beam by another beam is ensured by the condition for recording holograms: each of the superimposed holograms 13 and 14 is obtained by exposing the recording medium to two light beams emerging from the illumination device of holograms 12. One hologram is emitted by one laser and the other by radiation from another laser.

На фиг.2 представлена схема записи любой из голограмм 13 или 14, например, голограммы 13, двумя световыми пучками Р и Q, выходящими из устройства освещения голограмм 12 (фиг.1). При освещении голограммы световым пучком Q возникают световые пучки трех порядков дифракции голограммы - 1, 0, 1 (фиг.3). В первом порядке дифракции голограммы восстанавливается световая волна пучка Р (фиг.3). При освещении голограммы световым пучком Р в первом порядке дифракции голограммы восстанавливается световая волна пучка Q (фиг.4.). При освещении голограммы двумя световыми пучками Р и Q за голограммой возникают два световых пучка, в каждом из которых интерферируют две волны. В одном пучке интерферируют волна нулевого порядка дифракции, возникающая при освещении голограммы волной Q и волна первого порядка дифракции голограммы, возникающая при освещении голограммы волной Р. В другом пучке интерферируют волна нулевого порядка дифракции, возникающая при освещении голограммы волной Р и волна первого порядка дифракции голограммы, возникающая при освещении голограммы волной Q.Figure 2 presents the recording scheme of any of the holograms 13 or 14, for example, the hologram 13, two light beams P and Q coming out of the lighting device of the hologram 12 (figure 1). When illuminating the hologram with a light beam Q, light beams of three diffraction orders of the hologram arise - 1, 0, 1 (Fig. 3). In the first diffraction order of the hologram, the light wave of the beam P is restored (Fig. 3). When illuminating the hologram with a light beam P in the first diffraction order of the hologram, the light wave of the beam Q is restored (Fig. 4.). When a hologram is illuminated with two light beams P and Q, two light beams appear behind the hologram, in each of which two waves interfere. In one beam, the zero-order diffraction wave that arises when the hologram is illuminated by wave Q and the first-order diffraction wave of the hologram that arises when the hologram is illuminated by wave R. In the other beam, the zero-order diffraction wave arises when the hologram is illuminated by wave P and the first-order diffraction wave of the hologram that occurs when a hologram is illuminated by a Q wave.

Измеряется интенсивность интерференционной картины в том световом пучке, в котором распространяется волна нулевого порядка дифракции голограмм возникающая от световой волны, отражающейся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры 11 в кольцевом трехзеркальном интерферометре (фиг.1). В данном случае это световой пучок Q на фиг.2, 3 и пучок, падающий на наложенные голограммы 13, 14 по нормали на фиг.1. В этом световом пучке, за голограммами 13, 14, расположено устройство измерения интенсивности интерференционной картины 17. Устройство измерения интенсивности интерференционной картины 17 измеряет интенсивность картины интерференции между волной, восстановленной в первом порядке дифракции голограммы, возникающей при освещении голограммы световым пучком не отражающимся от концевой меры и волной нулевого порядка дифракции голограммы, возникающей при освещении голограммы световым пучком, отражающимся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры 11 в кольцевом трехзеркальном интерферометре.The intensity of the interference pattern is measured in that light beam in which the zero-order diffraction wave of the holograms propagates from the light wave reflected from the measuring surfaces of the end measure when the end measure 11 is installed in a ring three-mirror interferometer (Fig. 1). In this case, this is the light beam Q in FIGS. 2, 3 and the beam incident on the superimposed holograms 13, 14 along the normal in FIG. 1. In this light beam, behind the holograms 13, 14, there is a device for measuring the intensity of the interference pattern 17. The device for measuring the intensity of the interference pattern 17 measures the intensity of the interference pattern between the wave restored in the first diffraction order of the hologram that occurs when the hologram is illuminated with a light beam that is not reflected from the end measure and a zero-order hologram diffraction wave that occurs when the hologram is illuminated by a light beam reflected from the measuring surfaces at the end howling, when installing the end gauge 11 in the ring three-mirror interferometer.

Для определения длины концевой меры выполняется три измерения разности фаз интерферирующих волн при поочередном вводе в оптическую систему интерферометра излучения двух лазеров путем использования затворов 15, 16 перекрывающих излучение лазеров.To determine the length of the end measure, three measurements of the phase difference of the interfering waves are performed when the radiation of two lasers is alternately introduced into the optical system of the interferometer by using shutters 15, 16 that block the radiation of the lasers.

Первое измерение выполняется при отсутствии концевой меры в интерферометре. Второе и третье измерения выполняются при установке концевой меры 11 в интерферометре, при поочередном отражении световой волны от двух ее измерительных поверхностей. Для пропускания световой волны, отраженной от одной измерительной поверхности концевой меры и блокирования отражения от другой измерительной поверхности используются два затвора 18, 19, установленных в кольцевом трехзеркальном интерферометре на пути световых пучков, падающих на измерительные поверхности концевой меры. Для нахождения разности фаз интенсивность интерференционной картины измеряется при различных сдвигах фазы одной из интерферирующих волн. Сдвиг фазы световой волны выполняется устройством сдвига фазы, которое имеет различные варианты выполнения. На фиг.1 показан первый вариант выполнения устройства сдвига фазы, когда устройство сдвига фазы 20, установлено на пути одного из световых пучков, входящих в устройство освещения голограмм и содержит подвижную пластинку, оптическая толщина которой изменяется дискретно или подвижный оптический клин или плоскопараллельную пластинку, для которой обеспечен поворот.The first measurement is carried out in the absence of an end measure in the interferometer. The second and third measurements are performed when the end gauge 11 is installed in the interferometer, with the reflection of the light wave from its two measuring surfaces in turn. For the transmission of a light wave reflected from one measuring surface of the end measure and blocking the reflection from the other measuring surface, two shutters 18, 19 are used, mounted in an annular three-mirror interferometer in the path of light beams incident on the measuring surfaces of the end measure. To find the phase difference, the intensity of the interference pattern is measured at various phase shifts of one of the interfering waves. The phase shift of the light wave is performed by a phase shift device, which has various embodiments. Figure 1 shows the first embodiment of the phase shifter when the phase shifter 20 is installed in the path of one of the light beams included in the hologram illumination device and contains a movable plate, the optical thickness of which varies discretely or a movable optical wedge or plane-parallel plate, for which is provided with a turn.

Во втором варианте выполнения устройством сдвига фазы световой волны служат наложенные голограммы 13, 14, перемещаемые пьезоактюатором 24 в направлении линии пересечения плоскости падения двух световых пучков на голограммы с плоскостью голограмм (фиг.5.) При перемещении голограмм фаза волн их первых порядков дифракции изменяется пропорционально величине перемещения, фаза волн нулевых порядков дифракции не изменяется.In the second embodiment, the superimposed holograms 13, 14 of the light wave phase shift device are moved by the piezo actuator 24 in the direction of the line of intersection of the plane of incidence of the two light beams into the holograms with the plane of the holograms (Fig. 5.) When moving the holograms, the phase of the waves of their first diffraction orders changes proportionally magnitude of displacement, the phase of the waves of zero orders of diffraction does not change.

В третьем варианте выполнения устройством сдвига фазы световой волны служит одно из зеркал интерферометра, перемещаемое пьезоактюатором.In the third embodiment, the phase wave shifter of the light wave is one of the interferometer mirrors, which is moved by a piezo actuator.

Затворы 25, 26 (фиг.1.) установленные на путях двух световых пучков входящих в устройство освещения голограмм 12, обеспечивают возможность измерения интенсивности каждой из интерферирующих волн, что выполняется при перекрытии затвором одного из световых пучков. Влияние нестабильности интенсивности излучения лазеров на интенсивность интерференционной картины учитывается путем измерения интенсивности излучения лазеров фотоприемником 10.The shutters 25, 26 (Fig. 1.) installed on the paths of two light beams included in the lighting device of the hologram 12, provide the ability to measure the intensity of each of the interfering waves, which is performed when the shutter closes one of the light beams. The influence of the instability of the laser radiation intensity on the intensity of the interference pattern is taken into account by measuring the laser radiation intensity by the photodetector 10.

Введем следующие обозначения для длин различных участков оптического пути от плоскости СС до плоскости DD (фиг.1), проходимого световой волной, распространяющейся в световом пучке, отражающемся от концевой меры 11, при установке концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре:We introduce the following notation for the lengths of various sections of the optical path from the SS plane to the DD plane (Fig. 1), transmitted by a light wave propagating in a light beam reflected from the end measure 11, when the end measure is installed in a ring three-mirror interferometer:

l_CC,7 - длина оптического пути от плоскости СС до светоделительного зеркала 7;l _{CC, 7} - the length of the optical path from the plane of the SS to the beam splitting mirror 7;

l_7,8 - длина оптического пути от светоделительного зеркала 7 до зеркала 8;l _7.8 is the length of the optical path from the beam splitting mirror 7 to the mirror 8;

l_8,9 - длина оптического пути от зеркала 8 до зеркала 9;l _8,9 - optical path length from the mirror 8 and a mirror 9;

l_9,7 - длина оптического пути от зеркала 9 до светоделительного зеркала 7;l _9,7 - the length of the optical path from the mirror 9 to the beam splitting mirror 7;

l_7,DD - длина оптического пути от светоделительного зеркала 7 до плоскости DD;l _{7, DD} - the length of the optical path from the beam splitting mirror 7 to the plane DD;

l_8,A - длина оптического пути от зеркала 8 до измерительной поверхности А концевой меры, при установке концевой меры 11 в кольцевой трехзеркальный интерферометр;l _{8, A} is the length of the optical path from the mirror 8 to the measuring surface A of the end measure, when installing the end measure 11 in the ring three-mirror interferometer;

l_9,B - длина оптического пути от зеркала 9 до измерительной поверхности В, при установке концевой меры 11 в кольцевой трехзеркальный интерферометр.l _{9, B} - the length of the optical path from the mirror 9 to the measuring surface B, when installing the end gauge 11 in the ring three-mirror interferometer.

Длина оптического пути l₁ от плоскости СС до плоскости DD при первом измерении разности фаз, когда концевая мера 11 отсутствует в кольцевом трехзеркальном интерферометреThe optical path length l ₁ from the SS plane to the DD plane during the first measurement of the phase difference when the end measure 11 is absent in the ring three-mirror interferometer

Длина оптического пути l₂ от плоскости СС до плоскости DD при втором измерении разности фаз, когда концевая мера 11 установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре и световая волна отражается от измерительной поверхности А концевой мерыThe optical path length l ₂ from the SS plane to the DD plane during the second phase difference measurement, when the end measure 11 is installed in a ring three-mirror interferometer and the light wave is reflected from the measuring surface A of the end measure

Длина оптического пути l₃ от плоскости СС до плоскости DD при третьем измерении разности фаз, когда концевая мера 11 установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре и световая волна отражается от измерительной поверхности В концевой мерыThe optical path length l ₃ from the SS plane to the DD plane in the third phase difference measurement, when the end measure 11 is installed in a three-mirror annular interferometer and the light wave is reflected from the measuring surface B of the end measure

Длина L концевой меры определяется выражениемThe length L of the end measure is determined by the expression

Действительно, подставив в (4) равенства (1)-(3), получимIndeed, substituting equalities (1) - (3) into (4), we obtain

В соответствии с соотношением (4) длина концевой меры выражается через первую φ₁, вторую φ₂ и третью φ₃ измеренные разности фаз равенствомIn accordance with relation (4), the length of the end measure is expressed in terms of the first φ ₁ , second φ ₂ and third φ ₃ measured phase differences by the equality

где: λ - длина волны излучения лазера;where: λ is the wavelength of the laser radiation;

n - целое число.n is an integer.

Плоский волновой фронт световой волны, распространяющейся в интерферометре, искажается в силу несовершенства оптических элементов интерферометра, например, не плоскостности поверхностей зеркал, оптической неоднородности стекла. Введем следующие обозначения для искажений фазы плоских световых волн, проходящих оптические пути l₁, l₂, l₃, возникающих в плоскости DD (фиг.1):The plane wavefront of the light wave propagating in the interferometer is distorted due to imperfection of the optical elements of the interferometer, for example, not the flatness of the surfaces of the mirrors, the optical inhomogeneity of the glass. We introduce the following notation for phase distortions of plane light waves passing through the optical paths l ₁ , l ₂ , l ₃ that occur in the plane DD (Fig. 1):

ε_6,R, ε_6,T - искажения фазы, возникающие при прохождении световой волны через светоделительное устройство 6 и отражении от светоделительного устройства 6;ε _{6, R} , ε _{6, T} — phase distortions that occur when a light wave passes through a beam splitter 6 and is reflected from a beam splitter 6;

ε_7,R, ε_7,T - искажения фазы, возникающие при отражении и прохождении световой волны через светоделительное зеркало 7;ε _{7, R} , ε _{7, T} — phase distortions arising from the reflection and passage of a light wave through a beam splitting mirror 7;

ε₈, ε₉ - искажения фазы, возникающие при отражении световой волны от зеркал 8, 9;ε ₈ , ε ₉ - phase distortions arising from the reflection of a light wave from mirrors 8, 9;

ε₁₂, ε_13,14 - искажения фазы, возникающие при прохождении световой волны через устройство освещений голограмм 12 и наложенные голограммы 13, 14.ε ₁₂ , ε _13,14 - phase distortions that occur when a light wave passes through a hologram lighting device 12 and superimposed holograms 13, 14.

Данные искажения фазы являются функциями координат (x, y) в сечении световой волны плоскостью DD (фиг.1): ε_i,j=ε_i,j(x,y) и описывают искажения фазы, обусловленные отдельными оптическими элементами в предположении, что остальные оптические элементы искажений не вносят. Положим, что величины рассмотренных искажений фазы достаточно малы, чтобы можно было считать, что лучи светового пучка в результате этих искажений не меняют направление своего распространения. Тогда искажение фазы световой волны в плоскости DD, возникающее при одновременном наличии рассмотренных искажений фазы, равно сумме отдельных искажений фазы.These phase distortions are functions of the coordinates (x, y) in the cross section of the light wave by the DD plane (Fig. 1): ε _{i, j} = ε _{i, j} (x, y) and describe phase distortions caused by individual optical elements under the assumption that other optical elements do not introduce distortion. We assume that the magnitudes of the considered phase distortions are small enough so that it can be assumed that the rays of the light beam as a result of these distortions do not change the direction of their propagation. Then, the phase distortion of the light wave in the DD plane, which occurs when the phase distortion is simultaneously considered, is equal to the sum of the individual phase distortions.

При первом измерении разности фаз искажение фазы световой волны в плоскости DD составитIn the first measurement of the phase difference, the phase distortion of the light wave in the DD plane will be

При втором измерении разности фаз искажение фазы световой волны в плоскости DD составитIn the second phase difference measurement, the phase distortion of the light wave in the DD plane is

При третьем измерении разности фаз искажение фазы световой волны в плоскости DD составитIn the third measurement of the phase difference, the phase distortion of the light wave in the DD plane will be

При нахождении значения фазы световой волны пропорциональной длине концевой меры, когда из первой измеренной разности фаз вычитается полусумма второй и третьей измеренных разностей фаз, рассмотренные искажения фаз не влияют на результат измерения посколькуIf the phase value of the light wave is proportional to the length of the end measure, when the half-sum of the second and third measured phase differences is subtracted from the first measured phase difference, the considered phase distortions do not affect the measurement result since

Также не влияют на результат измерения достаточно малые искажения плоского волнового фронта, которые световая волна может иметь в плоскости СС, обусловленные несовершенством расширителя пучка 4 и светоделительного зеркала 5.Also, the sufficiently small distortions of the plane wave front that the light wave may have in the SS plane, due to the imperfection of the beam expander 4 and the beam splitter 5, do not affect the measurement result.

При измерении первой разности фаз волна нулевого порядка дифракции голограммы интерферирует с такой же волной, восстановленной голограммой в первом порядке дифракции, отличающейся только сдвигом фазы. Интерференционная картина представляет собой полосу бесконечной ширины. При измерении второй и третьей разностей фаз вид интерференционной картины зависит от следующих факторов. При измерении второй разности фаз, разность фаз интерферирующих волн, обусловленная искажениями плоских волновых фронтов световых волн оптическими элементами интерферометра, определяется выражениемWhen measuring the first phase difference, the zero-order diffraction wave of the hologram interferes with the same wave reconstructed by the hologram in the first diffraction order, which differs only in phase shift. The interference pattern is a strip of infinite width. When measuring the second and third phase differences, the type of interference pattern depends on the following factors. When measuring the second phase difference, the phase difference of the interfering waves, due to distortions of the plane wave fronts of the light waves by the optical elements of the interferometer, is determined by the expression

При измерении третьей разности фаз выражениемWhen measuring the third phase difference by the expression

Из (11), (12) следует, что вид интерференционной картины зависит от качества зеркал трехзеркального кольцевого интерферометра. Другими факторами определяющим вид интерференционной картины, являются плоскостность и параллельность измерительных поверхностей концевой меры, отклонения от нормали углов падения световых волн на измерительные поверхности концевой меры. Если измерительные поверхности концевой меры плоские и параллельны друг другу, световые волны падают на них по нормали и зеркала трехзеркального кольцевого интерферометра не искажают волнового фронта световых волн, то интерференционная картина при втором и третьем измерениях фазы представляет собой полосу бесконечной ширины.From (11), (12) it follows that the type of interference pattern depends on the quality of the mirrors of a three-mirror ring interferometer. Other factors determining the type of interference pattern are the flatness and parallelism of the measuring surfaces of the end measure, deviations from the normal angles of incidence of light waves on the measuring surfaces of the end measure. If the measuring surfaces of the end measure are flat and parallel to each other, the light waves incident on them normal and the mirrors of the three-mirror ring interferometer do not distort the wave front of the light waves, then the interference pattern in the second and third phase measurements is a strip of infinite width.

На фиг.6 представлен первый вариант выполнения изобретения.6 shows a first embodiment of the invention.

Излучение двух лазеров со стабилизированной частотой излучения 1 и 2 поступает в устройство ввода излучения лазеров в расширитель пучка 3, состоящее из зеркала и светоделительного зеркала, которое обеспечивает сведение световых пучков двух лазеров в один пучок, поступающий в расширитель пучка 4, состоящий из двух объективов и микродиафрагмы. Затворы 15 и 16 позволяют перекрыть излучение каждого лазера. Световой пучок, вышедший из расширителя пучка, падает на светоделительное зеркало 5, делящее световой пучок на два параллельных пучка, которые поступают в светоделительное устройство.The radiation of two lasers with a stabilized radiation frequency of 1 and 2 enters the laser radiation input device into the beam expander 3, which consists of a mirror and a beam splitter mirror, which ensures that the light beams of two lasers are brought together into a beam entering the beam expander 4, which consists of two lenses and micro diaphragms. The shutters 15 and 16 allow you to block the radiation of each laser. The light beam emerging from the beam expander falls on the beam splitter mirror 5, dividing the light beam into two parallel beams that enter the beam splitter.

Светоделительное устройство состоит из поляризационной светоделительной призмы 27 и четверть волновой пластинки 28. Поляризационная светоделительная призма 27 пропускает горизонтально поляризованное излучение лазеров к четвертьволновой пластинке 28, выйдя из которой излучение лазеров приобретает циркулярную поляризацию и поступает в кольцевой трехзеркальный интерферометр, состоящий из светоделительного зеркала 7 и двух зеркал 8, 9. Небольшая часть излучения лазеров отражается от поляризационной светоделительной призмы 27 на фотоприемник 10, что обеспечивает контроль интенсивности излучения лазеров.The beam-splitting device consists of a polarizing beam-splitting prism 27 and a quarter wave plate 28. The polarizing beam-splitting prism 27 passes horizontally polarized laser radiation to the quarter-wave plate 28, coming out of which the laser radiation acquires circular polarization and enters a three-mirror ring interferometer consisting of a 7-beam and 7-beam mirrors 8, 9. A small part of the laser radiation is reflected from the polarizing beam splitting prism 27 to the photodetector uk 10 that provides control of radiation intensity lasers.

В процессе измерения длины концевой меры концевая мера находится в двух положениях. В первом положении концевая мера 11 не установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре и световые волны в каждом из двух пучков распространяются навстречу друг другу. Во втором положении концевая мера установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре, в одном из пучков, световые волны которого падают по нормали на две измерительные поверхности концевой меры, отражаясь от них. В любом случае - установлена ли концевая мера в кольцевом трехзеркальном интерферометре или нет, из кольцевого трехзеркального интерферометра выходят два параллельных световых пучка, распространяющихся в обратном направлении по отношению к двум пучкам, входящим в кольцевой интерферометр.In the process of measuring the length of the end measure, the end measure is in two positions. In the first position, the end measure 11 is not installed in the ring three-mirror interferometer and the light waves in each of the two beams propagate towards each other. In the second position, the end measure is installed in a ring three-mirror interferometer, in one of the beams, the light waves of which fall along the normal to the two measuring surfaces of the end measure, reflected from them. In any case, whether the end measure is installed in the ring three-mirror interferometer or not, two parallel light beams emerge from the ring three-mirror interferometer, propagating in the opposite direction with respect to two beams entering the ring interferometer.

Распространяясь в обратном направлении, два параллельных световых пучка проходят через четвертьволновую фазовую пластинку 28, выйдя из которой они приобретают линейную вертикальную поляризацию, отражаются от поляризационной светоделительной призмы 27 и поступают в устройство освещения голограмм, состоящее из объективов 29, 30, 31 и микродиафрагм 32, 33, установленных в фокальных плоскостях объективов 29, 30 и фильтрующие световые пучки от рассеянного и переотраженного света. Задние фокальные плоскости объективов 29, 30 совпадают с передней фокальной плоскостью объектива 31. Оптические оси объективов 30 и 31 совпадают. В объектив 30 поступает световой пучок, отражающийся от измерительных поверхностей концевой меры 11, при установке концевой меры в кольцевой трехзеркальный интерферометр. Из объектива 31 выходят две плоские световые волны, падающие на наложенные голограммы 13, 14.Propagating in the opposite direction, two parallel light beams pass through the quarter-wave phase plate 28, exiting from which they acquire linear vertical polarization, are reflected from the polarizing beam-splitting prism 27 and enter the hologram illumination device, consisting of lenses 29, 30, 31 and micro-diaphragms 32, 33 mounted in the focal planes of the lenses 29, 30 and filtering light beams from diffused and reflected light. The rear focal planes of the lenses 29, 30 coincide with the front focal plane of the lens 31. The optical axes of the lenses 30 and 31 coincide. A light beam enters the lens 30, which is reflected from the measuring surfaces of the end measure 11, when the end measure is installed in an annular three-mirror interferometer. Two plane light waves coming out of the lens 31 are incident on the superimposed holograms 13, 14.

Перед устройством освещения голограмм, в одном из световых пучков, установлено устройство сдвига фазы световой волны 20, содержащее подвижную пластинку, оптическая толщина которой изменяется дискретно.In front of the hologram lighting device, in one of the light beams, a phase shifting device for the light wave 20 is installed, comprising a movable plate, the optical thickness of which varies discretely.

Вторым вариантом устройства сдвига фазы световой волны могут быть наложенные голограммы, перемещаемые пьезоактюатором.The second variant of the phase shift device of the light wave can be superimposed holograms moved by a piezo actuator.

В третьем варианте выполнения устройством сдвига фазы световой волны служит одно из зеркал, например, зеркало 9, трехзеркального кольцевого интерферометра, выполненное в виде составного зеркала, состоящего из двух зеркал 21 и 22, одно из которых перемещается пьезоактюатором 23 (фиг.7). От одного зеркала составного зеркала отражается один световой пучок, от другого зеркала - другой световой пучок. Пьезоактюатором перемещается зеркало 22 составного зеркала, от которого отражается световой пучок, проходящий кольцевой интерферометр, не отражаясь от измерительных поверхностей концевой меры.In the third embodiment, the phase-shift device for the light wave is one of the mirrors, for example, mirror 9, a three-mirror ring interferometer, made in the form of a composite mirror, consisting of two mirrors 21 and 22, one of which is moved by a piezo actuator 23 (Fig. 7). One light beam is reflected from one mirror of a composite mirror, and another light beam from another mirror. The mirror 22 of the composite mirror moves from the piezoelectric actuator, from which a light beam is transmitted, passing an annular interferometer, without being reflected from the measuring surfaces of the end measure.

Затворы 25, 26 обеспечивают перекрытие любого из двух световых пучков, поступающих в устройство освещения голограмм, что позволяет измерять интенсивность интерферирующих волн (фиг.6).The shutters 25, 26 provide the overlap of any of the two light beams entering the hologram lighting device, which allows you to measure the intensity of the interfering waves (Fig.6).

В световом пучке нулевого порядка дифракции наложенных голограмм, возникающем при освещении голограмм световым пучком, отражающимся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре, расположено устройство измерения интенсивности интерференционной картины, состоящее из объектива 34, диафрагмы 35 и фотоприемника 36. Устройство измерения интенсивности интерференционной картины измеряет интенсивность картины интерференции между данной волной нулевого порядка дифракции голограммы, и волной восстановленной в первом порядке дифракции голограммы, возникающей при освещении голограммы вторым световым пучком, проходящим кольцевой трехзеркальный интерферометр, не отражаясь от концевой меры, когда концевая мера установлена в кольцевом трехзеркальном интерферометре. Объектив 34, для которого обеспечено перемещение вдоль оптической оси, формирует изображения измерительных поверхностей концевой меры 11 на фотоприемнике 36. Диафрагма 35, установленная в задней фокальной плоскости объектива 34, пропускает световые пучки, распространяющиеся вдоль оптической оси объектива, и перекрывает световые пучки, распространяющиеся под углом к оптической оси.In the light beam of the zero diffraction order of the superimposed holograms, which occurs when the holograms are illuminated by a light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure, when the end measure is installed in the ring three-mirror interferometer, there is a device for measuring the intensity of the interference pattern, consisting of a lens 34, aperture 35 and a photodetector 36. The device for measuring the intensity of the interference pattern measures the intensity of the interference pattern between a given wave of zero diffraction order ologrammy and wave hologram reconstructed in the first order of diffraction occurring at the second hologram is illuminated by a light beam extending annular three-mirror interferometer, without being reflected from the end steps, when the terminal is installed in the annular measure three-mirror interferometer. The lens 34, for which movement along the optical axis is provided, forms images of the measuring surfaces of the end measure 11 on the photodetector 36. The diaphragm 35, mounted in the rear focal plane of the lens 34, transmits light beams propagating along the optical axis of the lens and blocks the light beams propagating under angle to the optical axis.

Для определения длины концевой меры выполняется три измерения разности фаз волны первого порядка дифракции голограмм и волны нулевого порядка дифракции. Измерения выполняются последовательно для излучения каждого из двух лазеров. Первое измерение разности фаз выполняется при отсутствии концевой меры в интерферометре. Второе и третье измерения выполняются при установке концевой меры 11 в интерферометре, при поочередном отражении световой волны от двух ее измерительных поверхностей. Для пропускания световой волны, отраженной от одной измерительной поверхности концевой меры и блокирования отражения от другой измерительной поверхности используются два затвора 18, 19, установленные в кольцевом трехзеркальном интерферометре на пути световых пучков, падающих на измерительные поверхности концевой меры. Для измерения разности фаз устройством измерения интенсивности интерференционной картины измеряется интенсивность картины интерференции, при различных сдвигах фазы между интерферирующими волнами. Влияние нестабильности интенсивности излучения лазеров на измеряемые интенсивности картины интерференции учитывается путем измерения интенсивности излучения лазеров фотоприемником 10.To determine the length of the end measure, three measurements of the phase difference of the first-order diffraction wave of the hologram and the zero-diffraction wave are performed. Measurements are performed sequentially for the emission of each of the two lasers. The first measurement of the phase difference is performed in the absence of an end measure in the interferometer. The second and third measurements are performed when the end gauge 11 is installed in the interferometer, with the reflection of the light wave from its two measuring surfaces in turn. For the transmission of a light wave reflected from one measuring surface of the end measure and blocking the reflection from the other measuring surface, two shutters 18, 19 are used, installed in an annular three-mirror interferometer in the path of light beams incident on the measuring surfaces of the end measure. To measure the phase difference, the intensity measurement pattern of the interference pattern measures the intensity of the interference pattern at various phase shifts between the interfering waves. The effect of instability of the laser radiation intensity on the measured intensities of the interference pattern is taken into account by measuring the laser radiation intensity by the photodetector 10.

При распространении световых волн в интерферометре изменяется их поляризация. Изменение поляризации световых волн сопровождается изменением их фазы, что может вызвать ошибку измерений разностей фаз. Фаза волны первого порядка дифракции наложенных голограмм в процессе изменения постоянна, поскольку оптический путь этой волны в процессе измерений остается неизменным. Рассмотрим фазу волны нулевого порядка дифракции наложенных голограмм. Введем следующие обозначения для комплексных коэффициентов отражения и пропускания оптических элементов интерферометра для длины волны излучения одного из лазеров.When light waves propagate in an interferometer, their polarization changes. A change in the polarization of light waves is accompanied by a change in their phase, which can cause an error in the measurement of phase differences. The phase of the first-order diffraction wave of superimposed holograms during the change process is constant, since the optical path of this wave during the measurement process remains unchanged. Consider the phase of a zero-order diffraction wave of superimposed holograms. We introduce the following notation for the complex reflection and transmission coefficients of the optical elements of the interferometer for the radiation wavelength of one of the lasers.

R_7,P, R_7,S - комплексные коэффициенты отражения светоделительного зеркала 7 для горизонтальной поляризованной Р и вертикально поляризованной S компонент световой волны, соответственно;R _{7, P} , R _{7, S} are the complex reflection coefficients of the beam splitting mirror 7 for the horizontal polarized P and vertically polarized S components of the light wave, respectively;

T_7,P, T_7,S - комплексные коэффициенты пропускания светоделительного зеркала 7 для горизонтальной поляризованной Р и вертикально поляризованной S компонент световой волны;T _{7, P} , T _{7, S} are the complex transmittances of the beam splitting mirror 7 for the horizontal polarized P and vertically polarized S components of the light wave;

R_M,P, R_M,S - комплексные коэффициенты отражения зеркал 8 и 9 для горизонтальной поляризованной Р и вертикально поляризованной S компонент световой волны.R _{M, P} , R _{M, S} are the complex reflection coefficients of mirrors 8 and 9 for the horizontal polarized P and vertically polarized S components of the light wave.

Вектор Джонса u₁ горизонтально поляризованной световой волны, вышедшей из поляризационной светоделительной призмы 27 и падающей на четвертьволновую пластинку 28Jones vector u _{1 of a} horizontally polarized light wave emerging from a polarizing beam splitting prism 27 and incident on a quarter-wave plate 28

где а комплексная амплитуда световой волны. Матрица Джонса четвертьволновой пластинки 28where a is the complex amplitude of the light wave. Jones matrix of a quarter-wave plate 28

Матрица Джонса светоделительного зеркала 7, для света отраженного светоделительным зеркаломJones matrix of a beam splitter 7, for light reflected by a beam splitter

Матрица Джонса светоделительного зеркала 7, для света прошедшего чрез светоделительное зеркалоJones matrix of a beam splitter 7, for light transmitted through a beam splitter

Матрицы Джонса зеркал 8 и 9Jones matrixes mirrors 8 and 9

При отсутствии концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре вектор Джонса u₂ световой волны, вышедшей из кольцевого трехзеркального интерферометра и прошедшей через четвертьволновую пластинку 28, определяется равенствомIf there is no end measure in the ring three-mirror interferometer, the Jones vector u _{2 of the} light wave emerging from the ring three-mirror interferometer and passing through the quarter-wave plate 28 is determined by the equality

Подставив в (18) выражения (14)-(17), получаем равенствоSubstituting expressions (14) - (17) in (18), we obtain the equality

Это равенство справедливо для волн, распространяющихся в кольцевом трехзеркальном интерферометре, как по часовой стрелки, так и против часовой стрелки. При отражении световой волны от измерительной поверхности В концевой меры 11 (фиг.6) вектор Джонса u₃ световой волны вышедшей из кольцевого трехзеркального интерферометра и прошедшей через четвертьволновую пластинку 28 определяется равенствомThis equality is valid for waves propagating in a ring three-mirror interferometer, both clockwise and counterclockwise. When the light wave is reflected from the measuring surface B of the end measure 11 (Fig. 6), the Jones vector u _{3 of the} light wave emerging from the annular three-mirror interferometer and transmitted through the quarter-wave plate 28 is determined by the equality

Подставив в (20) выражения (14)-(17), получаем равенствоSubstituting expressions (14) - (17) in (20), we obtain the equality

При этом предполагается, что при отражении света от измерительных поверхностей концевой меры их поляризация не изменяется.It is assumed that when light is reflected from measuring surfaces of the final measure, their polarization does not change.

При отражении световой волны от измерительной поверхности А концевой меры 11 (фиг.6) вектор Джонса u₄ световой волны вышедшей из кольцевого трехзеркального интерферометра и прошедшей через четвертьволновую пластинку 28, определяется равенствомWhen a light wave is reflected from the measuring surface A of the end measure 11 (Fig. 6), the Jones vector u _{4 of the} light wave emerging from the annular three-mirror interferometer and transmitted through the quarter-wave plate 28 is determined by the equality

Подставив в (22) выражения (14)-(17), получаем равенствоSubstituting expressions (14) - (17) in (22), we obtain the equality

При равенстве комплексных коэффициентов отражения и пропускания оптических элементов для Р и S поляризованных компонент световых волн, Р компоненты векторов Джонса (18), (21), (23) равны нулю, а два слагаемых S компонент имеют одинаковые фазы и амплитуды. Фаза S компоненты вектора Джонса (19) следующим образом выражаются через фазы α_l,m,n комплексных коэффициентов отражения и пропускания оптических элементовIf the complex reflection and transmission coefficients of the optical elements for P and S of the polarized components of the light waves are equal, the P components of the Jones vectors (18), (21), (23) are equal to zero, and the two terms of the S components have the same phases and amplitudes. The phase S components of the Jones vector (19) are expressed as follows through the phases α _{l, m, n of the} complex reflection and transmission coefficients of optical elements

где в обозначении фазы α_l,m,n, первый индекс указывает, чем обусловлено данное изменение фазы отражением или пропусканием световой волны, второй индекс обозначает номер оптического элемента и третий индекс направление поляризации. Фазы S компонент векторов Джонса (21) и (23) следующим образом выражаются через фазы α_l,m,n комплексных коэффициентов отражения и пропускания оптических элементовwhere in the phase designation α _{l, m, n} , the first index indicates what causes this phase change by reflection or transmission of a light wave, the second index indicates the number of the optical element and the third index the direction of polarization. The phases S of the components of the Jones vectors (21) and (23) are expressed as follows through the phases α _{l, m, n of the} complex reflection and transmission coefficients of the optical elements

При нахождении фазы световой волны, пропорциональной длине концевой меры, данные значения фаз не влияют на искомое значение фазы посколькуWhen the phase of the light wave is proportional to the length of the end measure, these phase values do not affect the sought phase value since

На практике имеет место лишь приближенное равенство комплексных коэффициентов отражения и пропускания оптических элементов интерферометра для Р и S поляризованных компонент световых волн, четвертьволновая пластинка 28 лишь приближенно описывается матрицей (14). Следовательно, равенство (27) выполняется лишь приближенно, что вызывает систематическую погрешность при измерении длины концевых мер. Эта систематическая погрешность должна быть измерена и учитываться при измерениях.In practice, there is only an approximate equality of the complex reflection and transmission coefficients of the optical elements of the interferometer for the P and S polarized components of the light waves; the quarter-wave plate 28 is only approximately described by the matrix (14). Therefore, equality (27) is satisfied only approximately, which causes a systematic error in measuring the length of the end measures. This systematic error should be measured and taken into account in the measurements.

Данная систематическая погрешность отсутствует у второго варианта выполнения изобретения (фиг.8), в котором светоделительное устройство содержит светоделительную поляризационную призму 36 и четвертьволновую пластинку 37, установленные в световом пучке проходящим кольцевой трехзеркальный интерферометр, не отражаясь от концевой меры. Светоделительное устройство также содержит светоделительную призму 38 и полуволновую пластинку 39, через которые проходит световой пучок, отражающийся от измерительных поверхностей концевой меры, при установке концевой меры в кольцевом трехзеркальном интерферометре. Полуволновая пластинка 39 преобразует горизонтальную поляризацию в вертикальную. Второй вариант выполнения изобретения отличается от первого только светоделительным устройством. В остальных своих частях оптическая система второго варианта выполнения изобретения, совпадает с оптической системой первого варианта. В том числе она допускает использование любого из трех вариантов устройства сдвига фазы световой волны рассмотренных в первом варианте выполнения изобретения.This systematic error is absent in the second embodiment of the invention (Fig. 8), in which the beam-splitting device contains a beam-splitting polarizing prism 36 and a quarter-wave plate 37 mounted in a light beam passing an annular three-mirror interferometer, without being reflected from the end measure. The beam splitting device also comprises a beam splitting prism 38 and a half-wave plate 39 through which a light beam is transmitted, reflected from the measuring surfaces of the end measure, when the end measure is installed in an annular three-mirror interferometer. The half-wave plate 39 converts the horizontal polarization to vertical. The second embodiment of the invention differs from the first only in a beam splitting device. In its remaining parts, the optical system of the second embodiment of the invention coincides with the optical system of the first embodiment. Including it allows the use of any of the three options for the phase shift device of the light wave considered in the first embodiment of the invention.

Третий вариант выполнения изобретения представлен на фиг.9. В третьем варианте изобретения светоделительное устройство содержит светоделительную призму 38 и зеркало 40. При этом излучение лазеров 1 и 2 вертикально поляризовано. У третьего варианта изобретения, также как и у второго, отсутствует рассмотренная выше систематическая погрешность, поскольку поляризация света не изменяется. Третий вариант изобретения обеспечивает меньшие габариты интерферометра, чем первый и второй варианты за счет того, что световой пучок, не отражающийся от концевой меры, поступает в устройство освещения голограмм непосредственно из светоделительного устройства, отражаясь от зеркала 40, минуя трехзеркальный кольцевой интерферометр. Устройство сдвига фазы световой волны в третьем варианте изобретения имеет три варианта выполнения. Первый и второй варианты совпадают с первым и вторым вариантами выполнения устройства сдвига фазы для первого и второго вариантов изобретения. Устройством сдвига фазы световой волны в третьем варианте его выполнения служит зеркало 40 светоделительного устройства, перемещаемое пьезоактюатором 41 (фиг.9). В остальном оптическая система третьего варианта выполнения изобретения совпадает с оптическими системами первого и второго вариантов изобретения.A third embodiment of the invention is shown in FIG. 9. In a third embodiment of the invention, the beam splitting device comprises a beam splitting prism 38 and a mirror 40. In this case, the radiation from lasers 1 and 2 is vertically polarized. The third embodiment of the invention, as well as the second, lacks the systematic error discussed above, since the polarization of light does not change. The third embodiment of the invention provides smaller dimensions of the interferometer than the first and second variants due to the fact that a light beam that is not reflected from the end measure enters the hologram illumination device directly from the beam splitter, reflected from mirror 40, bypassing the three-mirror ring interferometer. The light wave phase shift device in the third embodiment of the invention has three embodiments. The first and second embodiments coincide with the first and second embodiments of the phase shifter for the first and second embodiments of the invention. The phase-shift device of the light wave in the third embodiment is a mirror 40 of the beam splitter device moved by the piezo actuator 41 (Fig. 9). Otherwise, the optical system of the third embodiment of the invention coincides with the optical systems of the first and second variants of the invention.

1. Патент RU 2205365 C2, 25.01.20011. Patent RU 2205365 C2, 01.25.2001

2. Патент US 6,285,456 B1, 12.11.19992. US patent 6,285,456 B1, 11/12/1999

3. J.E. Decker, R. Scödel, G. Bönsch. Next-Generation Kösters Interferometer. // Proc. SPIE Vol.5190 pp.14-23 (2003)3. J.E. Decker, R. Scödel, G. Bönsch. Next-Generation Kösters Interferometer. // Proc. SPIE Vol. 5190 pp. 14-23 (2003)

4. Г.С. Бирюков, А.Л. Серко. Измерения геометрических величин и их метрологическое обеспечение // М.: Изд-во стандартов, 1987, 386 с.4. G.S. Biryukov, A.L. Serko. Measurements of geometric quantities and their metrological support // M .: Publishing house of standards, 1987, 386 p.

5. Y. Ishii. Phase Correction in Measurement of Gauge Blocks Using a New Double-ended Interferometer // Proc. SPIE Vol.3477 pp.173-180 (1998)5. Y. Ishii. Phase Correction in Measurement of Gauge Blocks Using a New Double-ended Interferometer // Proc. SPIE Vol. 3477 pp. 173-180 (1998)

6. Y. Ishii, S. Seino. New method for interferometric measurement of gauge blocks without wringing onto platen // Metrologia, 35, pp.67-63, (1998)6. Y. Ishii, S. Seino. New method for interferometric measurement of gauge blocks without wringing onto platen // Metrologia, 35, pp. 67-63, (1998)

7. V.M. Khavinson. Ring interferometer for tow-sided measurement of the absolute lengths of end standards // Applied Optics v.38, №1 pp.126-135, (1999).7. V.M. Khavinson. Ring interferometer for tow-sided measurement of the absolute lengths of end standards // Applied Optics v. 38, No. 1 pp. 126-135, (1999).

8. Патент JP 2005121564, 12.05.20058. Patent JP 2005121564, 05/12/2005

9. Sheng-Hua Lu, Ching-I Chiueh, Cheng-Chung Lee. Measuring the thickness of opaque plane-parallel parts using external cavity diode laser and a double-ended interferometer // Optics Communications 226 pp.7-13 (2003)9. Sheng-Hua Lu, Ching-I Chiueh, Cheng-Chung Lee. Measuring the thickness of opaque plane-parallel parts using external cavity diode laser and a double-ended interferometer // Optics Communications 226 pp. 7-13 (2003)

10. A. Abdelaty, A. Walkov, P. Franke, and R. Schodel. Challenges on double ended gauge block interferometry unveiled by the study of a prototype at PTB // Metrologia, 49, pp.307-314, (2012)10. A. Abdelaty, A. Walkov, P. Franke, and R. Schodel. Challenges on double ended gauge block interferometry unveiled by the study of a prototype at PTB // Metrologia, 49, pp.307-314, (2012)

Claims

1. A two-way interferometer for measuring the length of end measures, comprising two lasers with a stabilized radiation frequency, two shutters installed behind two lasers, a device for inputting laser radiation into a beam expander, which combines the light beams of two lasers into one beam entering the beam expander, and a beam expander , ring three-mirror interferometer, a device for shifting the phase of the light wave, a device for measuring the intensity of the interference pattern, characterized in that it further comprises a beam splitter designed to separate the light beam emerging from the beam expander into two parallel light beams, a beam splitter for directing light beams emerging from the beam splitter into a ring three-mirror interferometer, into a hologram illumination device and into a laser radiation intensity measuring device, device illumination of holograms, intended for the formation of two light beams coming from a beam splitter device, two light beams for broadcasts of superimposed holograms, two superimposed holograms pre-recorded by light beams exiting the hologram illumination device, with one hologram recorded by the radiation of one laser, the other hologram recorded by the radiation of another laser, a device for measuring the laser radiation intensity, two shutters mounted on the paths of two light beams included in the hologram lighting device, two shutters installed in a ring interferometer in the path of light beams illuminating the measuring surfaces of tsevoy measures.

2. A two-way interferometer for measuring the length of the end measures according to claim 1, characterized in that the device for introducing laser radiation into the beam expander contains a mirror and a beam splitter, the beam splitter contains a beam splitter polarization prism and a quarter-wave plate and is designed to direct two light mirrors into a three-mirror ring interferometer beams, the hologram lighting device contains three lenses, while the rear focal planes of the two lenses coincide, the two diaphragms are set data in the rear focal planes of two lenses, the front focal plane of the third lens coincides with the rear focal planes of the other two lenses, the optical axis of the third lens coincides with the optical axis of one of the other two lenses, into which the light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure enters, two superimposed holograms installed in the rear focal plane of the third lens of the hologram lighting device, a device for measuring the intensity of the interference car tines installed in the zero diffraction order of the superimposed holograms of the light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure, containing a lens, an aperture located in the rear focal plane of the lens, and a photodetector, for the lens, which is designed to form on the photodetector image of measuring surfaces of the end measure , it is possible to move along the optical axis.

3. The two-way interferometer for measuring the length of the end measures according to claim 1, characterized in that the device for inputting laser radiation into the beam expander contains a mirror and a beam splitter, the beam splitter device directs two light beams into the three-mirror ring interferometer and contains a beam splitter polarization prism and a quarter-wave plate which are installed in a light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure, a beam splitting prism and a half-wave plate, which are installed in a light beam that is not reflected from the measuring surfaces of the final measure, the hologram illumination device contains three lenses, the rear focal planes of the two lenses coincide, the two diaphragms installed in the rear focal planes of the two lenses, the front focal plane of the third lens coincides with the rear focal the planes of two other lenses, the optical axis of the third lens coincides with the optical axis of one of the other two lenses into which the light beam enters k, reflected from the measuring surfaces of the end measure, two superimposed holograms installed in the rear focal plane of the third lens of the hologram lighting device, a device for measuring the intensity of the interference pattern, installed in the zero diffraction order of the superimposed holograms of the light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure, contains a lens, a diaphragm located in the rear focal plane of the lens, and a photodetector, while for the lens, which is designed for If the image of measuring surfaces of the end measure is imaged at the photodetector, it is possible to move along the optical axis.

4. A two-way interferometer for measuring the length of end measures according to claim 1, characterized in that the device for introducing laser radiation into the beam expander contains a mirror and a beam splitter, the beam splitter device contains a mirror and a beam splitter or beam splitter, and provides a single light beam into the three-mirror ring interferometer beam, the hologram lighting device contains three lenses, while the rear focal planes of the two lenses coincide, two diaphragms installed in the rear the focal planes of two lenses, the front focal plane of the third lens coincides with the rear focal planes of the other two lenses, the optical axis of the third lens coincides with the optical axis of one of the other two lenses, into which the light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure, two superimposed holograms installed in the rear focal plane of the third lens of the hologram lighting device, a device for measuring the intensity of the interference pattern, mouth The zero diffraction pattern of superimposed holograms of the light beam reflected from the measuring surfaces of the end measure contains a lens, an aperture located in the rear focal plane of the lens, and a photodetector, while for the lens, which is designed to form an image of the measuring surfaces of the end measure on the photodetector the ability to move along the optical axis.

5. A two-way interferometer for measuring the length of the end measures according to claim 2, 3, or 4, characterized in that the phase-shifting device of the light wave is mounted on the optical path of one of the light beams included in the hologram lighting device, and is a movable plate, whose optical thickness varies discretely, or a movable optical wedge, or a plane-parallel plate for which rotation is ensured.

6. A two-way interferometer for measuring the length of the end measures according to claim 2, 3, or 4, characterized in that the interferometer contains a piezo actuator that provides for the movement of superimposed holograms, the superimposed holograms moved by the piezo actuator serve as a device for phase shift of the light wave.

7. A two-way interferometer for measuring the length of end measures according to claim 2 or 3, characterized in that the ring interferometer contains a piezo actuator, one of the mirrors of the ring interferometer is a composite mirror, consisting of two mirrors, one of which reflects one light beam, from another - another light beam, the phase-shift device for the light wave is that mirror, which is part of the composite mirror, from which the light beam is reflected, which is not reflected from the measuring surfaces of the end measure, aemoe piezo actuator.

8. A two-way interferometer for measuring the length of end measures according to claim 4, characterized in that the beam splitting device comprises a piezo actuator, and the mirror of the phase of the light wave is a mirror of the beam splitting device moved by the piezo actuator.