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Interferometer nach Perot-Fabry mit einstellbarem Plattenabstand Die
Erfindung betrifft ein Interferometer nach Perot-Fabry mit zwei teilweise spiegelnden,
durch eine Luftschicht getrennten lichtdurchlässigen Platten, die an oder in einem
rahmen- oder ringförmigen Plattenträger sitzen und sowohl auf einen bestimmten Abstand
als auch auf genaue Parallelität einstellbar sind. Es ermöglicht eine exakte und
dauerhafte Justierung der beiden planparallelen Glasscheiben.
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Bekanntlich hängt das Auflösungsvermögen von Perot-Fabry-Interferometern
von der Planparallelität der die wesentlichen Bauteile darstellenden teildurchlässigen
Glasoberflächen ab. Dabei werden an die Planparallelität der Anordnung sehr hohe
Anforderungen gestellt. Es ist z. B. für sehr viele Zwecke erforderlich, daß die
Abweichungen von der Parallelität nur Bruchteile einer Wellenlänge betragen. Derart
geringe Unterschiede setzen eine genaue Einstellbarkeit der Platten und deren weitgehende
Unabhängigkeit von Temperaturschwankungen, Vibrationen und ähnlichen Störungen voraus.
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Wenn man überdies die Wellenlängeneinstellung ändern will, muß es
möglich sein, die Dicke der Luftschicht zwischen den Spiegelflächen der beiden Glasplatten
möglichst stetig verändern zu können.
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Bei den üblichen Interferometern werden Zwischenlagen verwendet,
mit deren Hilfe die Glaspatten in einem gegebenen Abstand voneinander gehalten werden.
Die genau bearbeiteten Zwischenlagen werden entweder unmittelbar zwischen den Glasplatten
oder zwischen metallenen, die Glasplatten tragenden, meist ringförmigen Rahmen angeordnet,
und die Feineinstellung der Parallelität der Platten erfolgt durch entsprechendes
Zusammendrücken der unterschiedlichen Zwischenlagen, deren Stärken bei der Herstellung
wenigstens ungefähr gleich ausgeführt werden.
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Derartige Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Interferenzplatten
nicht frei von Biegespannungen bleiben, so daß die Planheit der Oberflächen nicht
gewährleistet ist.
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Bei einem bekannten Interferometer für Dickenmessungen ist eine einstellbare,
als Interferometerplatte ausgebildete Linse vorgesehen, die an diametral gegenüberliegenden
Stellen auf Stützen schwenkbar und an einer normal und radial in bezug auf die Schwenkachse
gelegenen Stelle auf einer Schraube gelagert ist, um die Parallelität zur anderen
Platte herzustellen. Mit einer solchen Plattenbefestigung läßt sich keine große
Genauigkeit erreichen. Diese hängt von der mechanischen Beschaffenheit der Einstellschrauben
in sehr hohem Maße ab. Auch bei bestmöglicher Vermeidung von Spielräumen zwischen
Schraube
und Schraubenlagerung läßt sich keine Justierung der Interferometerplatte auf Bruchteile
einer Lichtwellenmenge erreichen.
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Bei einer anderen bekannten Interferometermeßvorrichtung ist vorgesehen,
bei einer Interferometerplatte durch an verschiedenen Stellen konzentrisch angreifende,
verschieden starke Federkräfte die Parallelität der Spiegel zu beeinflussen. Diese
Bauart behindert jedoch den Strahlengang und ist außerdem nur bei Interferometerplatten
anzuwenden, die in ihren Fassungen auf zum Spiegelrand konzentrischen Kreise auf
elastischen Zwischenlagen ringsum gleichmäßig aufliegend gelagert sind. Die Verwendung
von elastischen Zwischenlagen ist jedoch für Interferometer, bei denen nicht nur
eine Parallelität, sondern auch noch ein genauer Abstand der Interferometerplatten
gegeben sein soll, nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragkonstruktion für
Interferometerplatten zu schaffen, bei der diese sich sehr genau und mit einem bestimmten,
fest bleibenden Abstand parallel stellen lassen.
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Die Erfindung geht aus von einem Interferometer nach Perot-Fabry,
bei dem die Platten an oder in einem rahmen- oder ringförmigen Plattenträger sitzen.
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Die Lösung der Aufgabe ist im wesentlichen darin zu sehen, daß jeder
der beiden Piattenträger in an sich bekannter Weise aus je zwei über ein elastisch
verformbares Glied miteinander verbundenen Teilen besteht, von denen jeweils die
ersten, vorzugsweise außenliegenden Teile beider Plattenträger zur festen gegenseitigen
Verbindung derselben dienen, während die zweiten, vorzugsweise innenliegenden Teile
je eine der Platten tragen und einer von ihnen durch Mittel zur Einstellung der
Parallelität der Platten, der andere durch Mittel zur Änderung des Abstandes der
Platten gegenüber dem ersten Teil des betreffenden Plattenträgers bewegbar ist,
wobei die Mittel zur Einstellung der Parallelität wenigstens drei Druckorgane umfassen,
die unabhängig voneinander auf mehreren Stellen des inneren Teiles eines der Plattenträger
Druckkräfte ausüben und von denen jedes eine mittels einer Regelschraube belastbare
Feder enthält, deren eines Ende an dem inneren Teil anliegt und deren anderes Ende
an dem äußeren Teil des betreffenden Plattenträgers befestigt ist, und wobei die
Mittel zur Änderung des Abstandes ein empfindliches, auf den inneren Teil des zweiten
Plattenträgers wirkendes Übersetzungssystem bilden, das die folgenden Teile umfaßt:
a) einen Bügel, der um eine parallel zur Platte angeordnete Achse schwenkbar ist
und auf den inneren Teil des Plattenträgers entweder unmittelbar oder über elastische
Zwischenglieder einwirkt; b) einen starr mit dem Bügel verbundenen Torsionsstab,
dessen Achse die unter a) erwähnte Achse ist und dessen Enden festgehalten sind;
c) eine flexible Strebe, deren eines Ende die Torsion des Torsionsstabes bewirkt,
wenn an dem anderen freien Ende die zu untersetzende Betätigungsbewegung ausgeübt
wird.
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Als elastisches Glied ist vorzugsweise eine dünne membranartige Metallscheibe
verwendet, die jeweils die beiden Teile eines Plattenträgers verbindet und geringe
Bewegungen eines der Teile relativ zu dem anderen gestattet.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die dünne Metallmembran mit den
beiden Teilen einen einstückigen Körper bildet.
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Zur Verbindung der beiden Plattenträger über ihre äußeren Teile sind
am einfachsten Muttern und Gegenmuttern verwendet, welche den äußeren Teil eines
der Plattenträger an in dem äußeren Teil des anderen Plattenträgers befestigten
Gewindebolzen einstellbar festlegen.
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Die Genauigkeit der Parallelität der Glasplatten wird nicht gemindert
oder beseitigt, wenn man den lichten Abstand zwischen den beiden Platten verändert.
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Die gemäß der Erfindung zu erhaltenden Vorteile sind: sehr genaue
Einstellbarkeit der Parallelität der beiden Glasplatten; stetige Änderung des Abstandes
der beiden Glasplatten, was die Einstellung innerhalb eines größeren Spektralbereiches
möglich macht; einwandfreies Einhalten der Parallelität bei Anderung des lichten
Abstandes zwischen den Glasplatten.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun ein Ausführungsbeispiel
eines gemäß der Erfindung ausgeführten Interferometers beschrieben. Es zeigt Fig.
1 eine perspektivische Darstellung der beiden zusammengebauten Plattenträger, Fig.
2 einen Axialschnitt durch die beiden Plattenträger, Fig. 3 einen Querschnitt durch
denjenigen Plattenträger, in dem die Regelung der Parallelität erfolgt, Fig. 4 eine
perspektivische Darstellung desjenigen Teiles der Vorrichtung, an dem die Regelung
oder Einstellung des Abstandes der Platten erfolgt, Fig. 5 eine von unten gesehene
Ansicht der Tragvorrichtung des Interferometers, Fig. 6 eine abweichende Ausführung
einer Einzelheit der Druckübertragung von dem Bügel an den Träger.
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Es sind in den Figuren der Zeichnung lediglich diejenigen Elemente
und Teile dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung notwendig sind; einander
entsprechende Elemente sind in den unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet worden.
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Die Fig. 1 zeigt die Zusammenstellung der beiden Plattenträger 1
und 2, die miteinander unter Verwendung dreier Gewindebolzen 3 fest verbunden sind.
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Die Gewindebolzen 3 sitzen starr in dem Plattenträger 1, und zwar
senkrecht zu seiner Grundebene; die Achsen der drei Bolzen liegen an den Ecken eines
gleichseitigen Dreiecks. Der Plattenträger 2 ist auf den Gewindebolzen durch Einstellmuttern
4 und Gegenmuttern 5 festgelegt, mit deren Hilfe der Plattenträger 2 in dem gewünschten
Abstand von dem Plattenträger 1 festgelegt werden kann. Dabei erfolgt gleichzeitig
eine grobe Einstellung der Parallelität der beiden Plattenträger bzw. der in ihnen
sitzenden Glasplatten.
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Die Fig. 2 zeigt, daß jeder der beiden Plattenträger aus einem kräftigen
und infolgedessen sehr steifen äußeren Ring 6 bzw. 7 und aus einem inneren, als
Buchse ausgebildeten Ring 8 bzw. 9 besteht, der ebenfalls in sich relativ steif
ist. Zwischen den äußeren Ringen 6 und 7 und den inneren Ringen 8 und 9 befindet
sich je eine dünnwandige Ringscheibe 10 bzw. 11, die jeweils den inneren mit dem
äußeren Ring verbindet und eine leicht verformbare elastische Membran bildet.
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Die Vorrichtung für die Feineinstellung der Parallelität der beiden
Platten ist in Fig. 3 dargestellt.
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Die Fassung der Glasplatte 12 in dem Plattenträger 2 besteht aus dem
inneren Ring 9 und der Stahlbuchse 13, die in den Ring 9 eingebaut ist. Um eine
Parallelität der beiden einander gegenüberliegenden Glasplatten zu erzielen, läßt
man drei einstellbare Kräfte auf den 1 Flansch der Buchse 13 wirken, und zwar an
drei Punkten (val. Punkt in Fig. 3) dieses Flansches, die an den Eckpunkten eines
gleichseitigen Dreiecks liegen. Die Kräfte werden von drei Federn 14 ausgeübt, die
mit ihrem einen Ende auf dem Außenring 7 befestigt sind und deren Verformung durch
drei Regelschrauben 15 durchgeführt wird.
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In der Fig. 4 sieht man die. Vorrichtung, mit der die Parallelverschiebung
des inneren Ringes 8 des Plattenträgers 1 durchgeführt wird. Die Glasplatte 16,
die auch »bewegliche Glasplatte« genannt wird, sitzt sitzt fest in dem inneren Ring
8. Die senkrecht zur Ebene dieser Glasplatte auszuübenden Kräfte wirken auf die
Stirnfläche des inneren Ringes 8 in zwei
Zonen oder Flächenbereichen
B und B', die am Umfang dieses inneren Ringes 8 einander genau gegenüberliegen.
An diesen beiden Stellen stützen sich die Arme eines gabelartigen Bügels 17 auf
den inneren Ring ab, der eine Schwenkbewegung mit geringem Schwenkwinkel um eine
parallel zur Ebene des Platz tenträgers 1 angeordnete Achse 18 ausführen kann.
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Unter der Wirkung der von dem Bügel 17 ausgeübten Drücke wird der
innere Ring 8 axial verschoben, da sich die dünne, membranartige Ringscheibe 10
relativ leicht verformen läßt.
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Der Bügel 17 ist starr an dem zylindrischen Torsionsstab 18 befestigt,
dessen beide Enden in Klemmstücken 19 und 20 festgelegt sind, die ihrerseits starr
an einer Tragkonstruktion der gesamten Vorrichtung befestigt sind.
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Durch die Torsion des Torsionsstabes 18 wird die Schwenkbewegung
des Bügels 17 ermöglicht, und die Schwenkachse dieses Bügels ist gleichzeitig die
Achse des Torsionsstabes. Die Torsion wird durch ein Drehmoment herbeigeführt, das
mittels einer federnden Metallbandstrebe 21 auf den Torsionsstab 18 ausgeübt wird.
Diese Metallbandstrebe 21 ist an dem unteren kurzen Hebelarm des Bügels 17 festgelegt
und wird an ihrem freien Ende durch irgendein Betätigungsmittel, beispielsweise
eine Kurvenscheibe oder eine Einstellschraube (die nicht in der Zeichnung dargestellt
sind), belastet und geschwenkt. Die Bewegung des Endes der Federstrebe 21 wird mehrfach
untersetzt auf den inneren Ring 8 übertragen. Man kann durch dieses Untersetzungssystem
die Glasplatte 16 um wenige Mikron verschieben, so daß es möglich ist, einen spektralen
Bereich zu durchforschen, der mehrere aufeinanderfolgende Interferenzordnungen enthält.
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Die Fig. 5 zeigt den die ganze Vorrichtung tragenden Sockel oder
Grundteil, der aus einer Platte 22 besteht, auf welcher der Plattenträger 1 an zwei
einander genau gegenüberliegenden Punkten C und C' befestigt ist. Die beiden Punkte
C und C' liegen in einer senkrecht zur Fläche des Plattenträgers 1 liegenden Axialebene,
in der auch die Druckpunkte B und B' liegen, in denen die Enden des Bügels 17 auf
den inneren Ring 8 einwirken. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die in den
Punkten C und C' angreifenden Reaktionskräfte der Drücke des Bügels keine unsymmetrischen
Verformungen erzeugen und die Bewegung der Glasplatte 16 tatsächlich eine reine
axiale Verschiebung ist. Der äußere Umfang des Außenringes 6 des Plattenträgers
1 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Der Schnitt gemäß Fig. 6 liegt in der Mittelebene eines der beiden
Arme des Bügels 17 und senkrecht zu dem Torsionsstab 18. Man sieht in dieser Figur
die Bandfeder 23, die das elastische Element bildet, das an einem Arm des Bügels
17 befestigt ist und sich über eine Druckwarze 24 auf die Zone B des inneren Ringes
8 abstützt; der andere Arm des Bügels 17 trägt das gleiche elastische Druckelement.
Das System der Übertragung des Bügeldruckes auf den inneren Ring 8 gemäß dieser
besonderen Ausführungsform gestattet es, noch eine weitere Untersetzung der Bewegungsamplituden
zu erreichen und die Stabilität des Gesamten zu verbessern.
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Die freie Länge der Buchse 13 kann bei geeigneter Wahl des Materials
so bemessen werden, daß man eine Kompensation der durch Temperatureinflüsse bedingten
Längenänderungen der Gewindebolzen
einerseits und der Summe der änderungen der Buchse
13 und der Glasplatte 16 anderseits erzielt.
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Die Temperaturkompensation ist genau genommen nur für eine bestimmte
Dicke der Luftschicht zwischen den beiden Glasplatten gültig7 sie ist aber auf jeden
Fall in einem gewissen Dickenbereich dieser Luftschicht praktisch ausreichend.
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Die Möglichkeit, Buchsen 13 mit unterschiedlicher Länge zu verwenden,
gestattet es schließlich, diese Kompensation bei unterschiedlichen Dicken der Luftschichten
stets möglichst genau zu machen.