Устройство для изготовления периодических структур

(51) 1 121 21142 НАЦИОНАЛЬНЫЙ цЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Конойко Алексей Иванович Ярмолицкий Вячеслав Феликсович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Устройство для изготовления периодических структур, содержащее оптически связанные неподвижные лазерный источник излучения и коллиматор, эталонную дифракционную решетку и регистрирующий материал, установленные с возможностью их совместного перемещения, установленные между эталонной дифракционной решеткой и регистрирующим материалом две неподвижные телескопические системы Кеплера, расположенные между собой на расстоянии, равном сумме фокусных расстояний выходной и входной линз первой и второй телескопических систем Кеплера соответственно, при этом первая система Кеплера установлена на фокусном расстоянии входной линзы от эталонной дифракционной решетки, вторая система Кеплера - на фокусном расстоянии выходной линзы от регистрирующего материала, отличающееся тем, что содержит между лазерным источником излучения и коллиматором амплитудный модулятор, между входной и вь 1 ходной линзами второй системы Кеплера в передней фокальной плоскости выходной линзыуправляемую двумерную светомодулирующую структуру, объектив, в передней фокальной плоскости которого установлен регистрирующий материал, а в задней - двумерная фотоприемная структура, электрически соединенная с блоком управления, который электрически соединен с амплитудным модулятором и управляемой двумерной светомодули рующей структурой.Изобретение относится к области лазерной техники и может найти применение, например, при создании периодических структур различного периода и ориентации для вь 1 сокоточных измерителей преобразователей перемещений, а также дифракционных элементов, используемых как в оптическом приборостроении, так и в лазерных системах обработки информации.Известно устройство изготовления периодических структур 1, содержащее последовательно оптически связанные лазер, коллиматор, эталонную дифракционную структуру,экранирующую диафрагму, систему плоских зеркал, направляющих требуемые порядки дифрагированных световых пучков в нужном направлении на носитель, механически жестко связанный с эталонной структурой. В этом устройстве при движении эталонной структуры оптические частоты интерферирующих пучков сдвигаются пропорционально скорости движения носителя. Возникающая при этом бегущая интерференционная картина остается неподвижной относительно движущегося носителя, формируя интерференционную структуру требуемого периода.Указанное устройство не позволяет повысить качество получаемых дифракционных решеток из-за наличия отражающих свет поверхностей, которое приводит к неконтролируемому изменению разности хода между интерферирующими пучками и как следствие падению контраста регистрируемой интерференционной картины, что ухудшает качество получаемой дифракционной решетки.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для изготовления периодических структур 2, содержащее оптически связанные неподвижные лазерный источник излучения и коллиматор, эталонную дифракционную решетку и регистрирующий материал, установленные с возможностью их совместного перемещения в направлении, перпендикулярном штрихам периодической структуры, неподвижную экранирующую диафрагму, между эталонной дифракционной решеткой и регистрирующим материалом содержит две неподвижные телескопические системы Кеплера,расположенные между собой на расстоянии, равном сумме фокусных расстояний вь 1 ходной и входной линз первой и второй телескопических систем Кеплера соответственно, при этом первая система Кеплера установлена на фокусном расстоянии входной линзы от эталонной дифракционной решетки, вторая система Кеплера - на фокусном расстоянии вь 1 ходной линзы от регистрирующего материала, а экранирующая диафрагма установлена в передней фокальной плоскости выходной линзы второй телескопической системы Кеплера.Указанное устройство не позволяет повысить качество получаемых дифракционных решеток, так как интерферирующие световые потоки в плоскости регистрации такого устройства имеют разную интенсивность, что приводит к изменению контраста интерференционной картины и как, следствие, к неоднородности дифракционных свойств. Кроме того, в указанном устройстве отсутствует возможность записи периодических структур с различной ориентацией штрихов, что ограничивает функциональные возможности устройства изготовления, а именно создания измерительных комбинационных растров.Технической задачей изобретения является повышение качества получаемых дифракционных решеток при одновременном расширении их функциональных возможностей за счет обеспечения постоянного соотношения интенсивностей интерферирующих пучков,необходимого уровня экспозиции и обеспечения возможности управления периодом и ориентацией регистрируемого интерференционного поля.Техническая задача решается тем, что устройство для изготовления периодических структур, содержащее оптически связанные неподвижные лазерный источник излучения и коллиматор, эталонную дифракционную решетку и регистрирующий материал, установленные с возможностью их совместного перемещения, установленные между эталонной дифракционной рещеткой и регистрирующим материалом две неподвижные телескопические системы Кеплера, расположенные между собой на расстоянии, равном сумме фокусных расстояний выходной и входной линз первой и второй телескопических систем Кеплера соответственно, при этом первая система Кеплера установлена на фокусном расстоянии входной линзы от эталонной дифракционной рещетки, вторая система Кеплера на фокусном расстоянии выходной линзы от регистрирующего материала, дополнительно содержит между лазерным источником излучения и коллиматором амплитудный модулятор, между входной и выходной линзами второй системы Кеплера, в передней фокальной плоскости выходной линзы - управляемую двумерную светомодулирующую структуру,объектив, в передней фокальной плоскости которого установлен регистрирующий материал, а в задней - двумерная фотоприемная структура, электрически соединенная с блоком управления, который электрически соединен с амплитудным модулятором и управляемой двумерной светомодулирующей структурой.Совокупность указанных признаков позволяет повысить качество получаемых дифракционных рещеток при одновременном расщирении их функциональных возможностей за счет рещения вопроса требуемой трансляции интерферирующих световых потоков, управляемой пространственной фильтрации паразитных и управления параметрами интерферирующих световых пучков.Сущность изобретения поясняется на фигуре, где5 - первая телескопическая система Кеплера6, 7 - линзовые элементы первой телескопической системы Кеплера8 - вторая телескопическая система Кеплера9, 11 - линзовые элементы второй телескопической системы Кеплера10 - управляемая двумерная светомодулирующая структураУстройство содержит оптически связанные неподвижные лазерный источник излучения 1, амплитудный модулятор 2, коллиматор 3, эталонную дифракционную рещетку 4 и регистрирующий материал 12 с возможностью их совместного перемещения, две неподвижные телескопические системы Кеплера 5,8, расположенные между собой на расстоянии, равном сумме фокусных расстояний выходной 7 и входной 9 линз, соответственно,первой и второй телескопических систем Кеплера 5, 8, которые установлены на фокусном расстоянии крайних линз 6, 11 от эталонной дифракционной рещетки 4 и регистрирующего материала 12, причем управляемая двумерная светомодулирующая структура 10 установлена в передней фокальной плоскости последней линзы 11 второй телескопической системы Кеплера 8, объектив 13, передняя фокальная плоскость которого совпадает с регистрирующим материалом 12, а задняя - с двумерной фотоприемной структурой 14, электрически соединенной с блоком управления 15, который электрически соединен с амплитудным модулятором 2 и управляемой двумерной светомодулирующей структурой 10.Лазерный источник излучения 1 представляет собой, например, гелий-неоновый лазер ЛГ-215.Амплитудный модулятор 2 выполнен из кристалла ВКВР на основе продольного электрооптического эффекта.Колиматор 3 выполнен в виде телескопической системы, образованной положительнь 1 ми линзами из стекла К-8.Эталонная дифракционная решетка 3 выполнена в виде плоскопараллельной стеклянной пластинки из стекла К-8, на которой нанесена металлическая дифракционная решетка.Телескопические системы Кеплера 5, 8 образованы положительными линзовыми элементами 6, 7, 9, 11, выполненными из стекла К-8.Управляемая двумерная светомодулирующая структура 10 выполнена в виде плоского электрооптического матричного транспаранта.Регистрирующий материал 12 выполнен в виде плоскопараллельной стеклянной пластинки стекла К-8 с нанесенным на нее вь 1 сокоразрешающим фотоматериалом, чувствительным к длине волны излучения используемого лазера.Объектив 13 выполнен в виде положительного линзового элемента стекла К-8.Двумерная фотоприемная структура 14 выполнена в виде двумерной ПЗС матрицы,например, выпускаемой НПП Силар (Санкт-Петербург).Блок управления 15 выполнен на базе микропроцессора ЭКР 1834 ВМ 86, выпускаемого НПО Интеграл (Минск).Устройство для изготовления периодических структур работает следующим образом.В исходном состоянии, при неподвижных эталонной дифракционной решетке 4 и регистрирующем материале 12, входной световой пучок от лазерного источника излучения 1 пройдя амплитудный модулятор 2 расширяется коллиматором 3 и падает на эталонную дифракционную решетку 4. В результате дифракции на эталонной дифракционной решетке 4 образуется совокупность двумерных дифрагировавших световых пучков в виде светового двумерного растра, состоящего из соответствующих дифракционных порядков(М, Ы). Эти световые пучки, пройдя линзовые элементы 6, 7, первой телескопической системы Кеплера 5 и линзовый элемент 9 второй телескопической системы Кеплера 8 образуют в передней фокальной плоскости линзового элемента 11 дифракционный спектр эталонной дифракционной решетки 4. После прохождения излучения через управляемую двумерную светомодулирующую структуру 10, второй линзовый элемент второй телескопической системы Кеплера 11, оно поступает на регистрирующий материал 12, где образуется неподвижная интерференционная картина. Далее при помощи объектива 13 световое излучение направляется на двумерную фотоприемную структуру 14. С выхода двумерной фотоприемной структуры 14 электрические сигналы, соответствующие пространственному спектру эталонной дифракционной решетки 4 поступают в блок управления 15.В режиме записи периодической структуры блок управления 15 вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие выбор управляемой двумерной светомодулирующей структурой 10 необходимых для записи порядков дифракции эталонной дифракционной решетки 4 и равенство их интенсивностей, а также оптимальный уровень экспозиции регистрирующего материала 12, обеспечиваемый амплитудным модулятором 2. Эти сигналы подаются соответственно на управляемую двумерную светомодулирующую структуру 10 и амплитудный модулятор 2. Механически связанные между собой при помощи держателя 16 эталонная дифракционная решетка 4 и регистрирующий материал 12 начинают совместно перемещаются с одинаковой скоростью. Это равенство скоростей обеспечивает автоматическое совпадение скорости движения интерференционных полос со скоростью регистрирующего материала 12 в направлении его перемещения. Входной световой пучок от лазерного источника излучения 1, пройдя амплитудный модулятор 2, расширяется коллиматором 3 и падает на эталонную дифракционную решетку 4. В результате дифракции на эталонной дифракционной решетке 4 образуется совокупность двумерных дифрагировавших световых пучков в виде светового двумерного растра, состоящего из соответствующих дифракционных порядков (М, Ы). Эти световые пучки, пройдя линзовые элементы 6, 7