Устройство для изготовления периодических структур

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Конойко Алексей Иванович Ярмолицкий Вячеслав Феликсович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для изготовления периодических структур, содержащее оптически связанные лазер, поляризационный модулятор, фазовый элемент /4, телескопический расширитель пучка, поляризационный светоделитель, два зеркала, частотосдвигающий модулятор, анализатор поляризации и подвижный регистрирующий материал с направлением перемещения перпендикулярно записываемым штрихам периодической структуры,отличающееся тем, что перед подвижным регистрирующим материалом установлен светоделитель, оптически связанный через одно из зеркал с одним выходом, а через анализатор поляризации частотосдвигающий модулятор и второе зеркало - с другим выходом поляризационного светоделителя, первый выход светоделителя оптически связан с подвижным регистрирующим материалом, второй же выход светоделителя оптически связан с измерителем 7679 1 2006.02.28 скорости движения интерференционных полос, выход которого электрически связан с одним из входов устройства сравнения, второй вход которого электрически связан с устройством перемещения регистрирующего материала, механически связанным с регистрирующим материалом, выход же устройства сравнения электрически связан с блоком управления частотосдвигающим модулятором, выход которого электрически связан с частотосдвигающим модулятором. Изобретение относится к области лазерной техники и может найти применение, например, при создании крупноформатных ослабителей излучения дифракционного типа, а также в оптическом приборостроении для изготовления измерительных шкал и дифракционных решеток. Известно устройство регистрации периодических структур 1, содержащее источник когерентного излучения, освещающий эталонную дифракционную структуру, систему плоских зеркал, направляющих требуемые порядки дифрагированных световых пучков на носитель, механически жестко связанный с эталонной структурой. 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 структуру требуемого периода, зависящего от используемых в процессе ее получения интерференционных порядков. Устройство не осуществляет регистрацию периодических структур, размеры которых превышают размеры эталонной структуры, обладает, во-первых, низким оптическим к.п.д., так как для записи структуры используются световые пучки только отдельных дифракционных порядков, симметричных относительно нулевого порядка дифракции, вовторых, ограниченными функциональными возможностями вследствие отсутствия элементов, позволяющих осуществлять изменение соотношения интенсивностей интерферирующих пучков в процессе записи. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для изготовления периодических структур 2, содержащее лазер, телескопический расширитель пучка, два плоских зеркала и подвижный регистрирующий материал с направлением перемещения перпендикулярно штрихам, записываемым периодической структурой. Это устройство снабжено на входе телескопического расширителя пучка последовательно оптически связанными поляризационным модулятором, фазовым элементом /4, на выходе телескопического расширителя поляризационным светоделителем,частотосдвигающим модулятором и анализатором поляризации, оптически связанными через одно из зеркал с одним из выходов поляризационного светоделителя и регистрирующим материалом, причем оси анизотропии поляризационного модулятора, фазового элемента /4 и частотосдвигающего модулятора ориентированы под углом 45 по отношению к плоскости поляризации исходного лазерного излучения и главным плоскостям поляризационного светоделителя и анализатора поляризации, повернутого на угол 90 относительно поляризационного светоделителя. Формирование периодических структур в таком устройстве осуществляется путем записи на непрерывно движущемся регистрирующем материале бегущей картины интерференции двух разночастотных световых потоков. Возникающая при этом бегущая интерференционная картина остается неподвижной относительно поверхности регистрирующего материала, что позволяет формировать периодическую структуру требуемого размера. Устройство не обеспечивает высокое качество и точность изготовления периодических структур из-за возможности возникновения в процессе экспонирования движущегося регистрирующего материала отклонения скорости движения последнего от скорости движения пучностей записываемой интерференционной картины вследствие ряда дистабили 2 7679 1 2006.02.28 зирующих факторов, например, нарушение режима работы лазера, частотного модулятора, флуктуации температуры и показателя преломления окружающей среды, вибрационных помех и т.п. Технической задачей изобретения является повышение качества и точности изготовления периодических структур за счет контроля скоростей и управляемого сдвига частоты света сигнального канала. Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для изготовления периодических структур, содержащее оптически связанные лазер, поляризационный модулятор, фазовый элемент /4, телескопический расширитель пучка, поляризационный светоделитель, два зеркала, частотосдвигающий модулятор, анализатор поляризации и подвижный регистрирующий материал с направлением перемещения перпендикулярно штрихам, перед подвижным регистрирующим материалом установлен светоделитель, оптически связанный через одно из зеркал с одним выходом, а через анализатор поляризации,частотосдвигающий модулятор и второе зеркало с другим выходом поляризационного светоделителя, первый выход светоделителя оптически связан с подвижным регистрирующим материалом, второй же выход светоделителя оптически связан с измерителем скорости движения интерференционных полос, выход которого электрически связан с одним из входов устройства сравнения, второй вход которого электрически связан с устройством перемещения регистрирующего материала, механически связанным с регистрирующим материалом, выход же устройства сравнения электрически связан с блоком управления частотосдвигающим модулятором, выход которого электрически связан с частотосдвигающим модулятором. Совокупность указанных признаков позволяет решить вопрос создания перестраиваемого нестационарного интерференционного поля, скорость перемещения которого согласована со скоростью движения регистрирующего материала за счет контроля скоростей и управляемого сдвига частоты света сигнального канала. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - лазер 2 - поляризационный модулятор 3 - фазовый элемент /4 4 - телескопический расширитель пучка 5 - поляризационный светоделитель 6 - сигнальный канал 7 - опорный канал 8, 11- плоские зеркала 9 - частотосдвигающий модулятор 10 - анализатор поляризации 12 - светоделитель 13 - регистрирующий материал 14 - измеритель скорости движения интерференционных полос 15 - устройство перемещения регистрирующего материала 16 - устройство сравнения 17 - блок управления частотосдвигающим модулятором. Устройство содержит оптически связанные лазер 1, поляризационный модулятор 2,фазовый элемент /4 3, телескопический расширитель пучка 4, поляризационный светоделитель 5, один из выходов которого оптически связан через плоское зеркало 8, частотосдвигающий модулятор 9, анализатор поляризации 10, светоделитель 12 с регистрирующим материалом 13, образуя сигнальный канал 6, другой же выход светоделителя 5 оптически связан через плоское зеркало 9 и светоделитель 12 с регистрирующим материалом 13, образуя опорный канал 7. Второй выход светоделителя 12 оптически связан с измерителем скорости движения интерференционных полос 14, выход которого электрически связан с 3 7679 1 2006.02.28 одним из входов устройства сравнения 16, второй вход которого электрически связан с устройством перемещения регистрирующего материала 15, механически связанным с регистрирующим материалом 13. Выход устройства сравнения 16 электрически связан с блоком управления частотосдвигающим модулятором 17, выход которого, в свою очередь электрически связан с частотосдвигающим модулятором 9. Поляризационный модулятор 2 выполнен из кристаллана основе продольного электрооптического эффекта. Фазовый элемент /4 3 выполнен в виде плоскопараллельной пластинки из кристаллического кварца. Телескопический расширитель пучка 4 выполнен в виде телескопической системы Кеплера из положительных линз. Поляризационный светоделитель 5 выполнен в виде призмы Глана из исландского шпата. Плоские зеркала 8, 11 выполнены в виде плоскопараллельных пластин с глухим отражающим покрытием. Частотосдвигающий модулятор 9 выполнен в виде двух электрооптических кристалловна основе продольного электрооптического эффекта, между которыми помещена фазовая пластинка /4 из кристаллического кварца. Анализатор поляризации 10 выполнен в виде призмы Глана из исландского шпата. Светоделитель 12 выполнен в виде плоскопараллельной пластины с диэлектрическим покрытием. Регистрирующий материал 13 выполнен в виде бихромированной желатины, нанесенной на стеклянную подложку. Измеритель скорости движения интерференционных полос 14 выполнен в виде дифракционной решетки с периодом равным периоду интерференционной картины в плоскости регистрирующего материала 13, ограничивающей диафрагмы, фотоприемного элемента (ФД 24 КП), усилителя электрических сигналов и счетчика электрических импульсов. Устройство перемещения регистрирующего материала 15 выполнено на основе линейного двигателя постоянного тока, аэростатической направляющей с подвижной кареткой, лазерным интерферометром (типа ИПЛ-10), обеспечивающим измерение скорости движения каретки с регистрирующим материалом 13. Устройство сравнения 16 выполнено в виде реверсивного счетчика импульсов на базе микросхем типа 155, на один из входов которой подается сигнал, характеризующий скорость движения регистрирующей среды 13, а на другой - сигнал, соответствующий скорости движения линий интерференционной картины в плоскости регистрирующей среды 13. Блок управления частотосдвигающим модулятором 17 выполнен на основе задающего кварцевого генератора опорной частоты и электрически частотосдвигающей схемы. Устройство для изготовления периодических структур работает следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствии управляющих электрических сигналов, плоскополяризованный лазерный световой пучок с частотой оптического излучения 1 проходит поляризационный модулятор 2, фазовый элемент /4 3, где он приобретает круговую поляризацию. Далее он расширяется телескопическим расширителем пучка 4 и поступает на вход поляризационного светоделителя 5, при помощи которого образуется сигнальный 6 и опорный каналы 7. В этих каналах поляризации световых пучков ортогональны (в опорном канале перпендикулярно плоскости фигуры, а в сигнальном - в плоскости). С помощью плоских зеркал 8,11 опорный и сигнальный пучки направляются через светоделитель 12 на регистрирующий материал 13, а отраженные от светоделителя 12 световые пучки поступают на вход измерителя скорости движения интерференционных полос 14. При этом сигнальный световой пучок проходит через частотосдвигающий модулятор 9 и анализатор поляризации 10, на выходе которого приобретает плоскость поляризации, аналогичную 4 7679 1 2006.02.28 плоскости поляризации светового пучка опорного канала 7. При отсутствии управляющих сигналов на поляризационном модуляторе 2 и частотосдвигающем модуляторе 10 на регистрирующем материале 13 и на входе измерителя скорости движения интерференционных полос 14 образуются стационарные интерференционные картины с одинаковым периодом, который определяется по формуле, где- длина волны излучения лазера- угол между сигнальным и опорным пучками. При подаче соответствующего управляющего напряжения на частотосдвигающий модулятор 10 оптическое излучение на выходе модулятора имеет частоту, равную 21,где- частота управляющего электрического сигнала. На выходе анализатора поляризации 10 световой пучок с частотой 2 обладает плоскостью поляризации, параллельной опорному. В результате имеющего место оптического сдвига частоты в сигнальном световом пучке при интерференции его с опорным пучком в плоскости регистрирующего материала 13 и на входе измерителя скорости движения интерференционных полос 14 возникают бегущие интерференционные картины с одинаковой скоростью перемещения плоскостей пучностей, определяемой по формуле При равенстве скоростей движения интерференционных полос и регистрирующего материала 13 по всей длине последнего образуется периодическая структура с периодоми высотой штрихов, равной диаметру светового пучка на выходе телескопического расширителя пучка 4. В этом случае с измерителя скорости движения интерференционных полос 14 и устройства перемещения регистрирующего материала 15 на устройство сравнения 16 будут поступать одинаковые сигналы, соответствующие скоростям движения регистрирующего материала 13 и линий интерференционной картины. Поэтому на выходе устройства сравнения 16 корректирующий сигнал будет отсутствовать. При рассогласовании скоростей движения интерференционной картины и регистрирующей среды 13 на выходе устройства сравнения 16 появится сигнал, пропорциональный величине рассогласования вышеупомянутых скоростей. Данный сигнал поступает на вход блока управления частотосдвигающим модулятором 17, в котором осуществляется коррекция частоты управляющего напряжения, подаваемого в дальнейшем на частотосдвигающий модулятор 9. Последний осуществляет коррекцию оптической частоты сигнального светового пучка, что позволяет согласовать скорость движения линий записываемой интерференционной картины со скоростью движения регистрирующего материала 13. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.