Рефрактометр для анизотропных кристаллов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к оптике и измерительной технике и предназна чено для измерения показателей преломления анизотропных кристаллов, преимущественно в инфракрасной области. Известен рефрактометр,, содержащий источник излучения, оптическую систему, поляризатор, модулятор, анализатор, приемник излечения и усилйгель- ij . Однако данное устройство неприменимо для исследования анизотропных сред гониометрическим методом и.з-за влияния оптической активности, а также линейного и циркулярного дихроизмов . Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности рефрактометр для анизотропных кристаллов, соде;ржа щий источник излучения, скрещенные или параллельные поляризатор и анализатор, между которыми установлена плоскопараллельная пластина, изготовленная из исследуемого одноосного кристалла, гониометр, спектрограф и фотографическое устройство. Исследуе мую пластину устанавливают на поворо ном столике гониометра так, что ее оптическая ось отклонена на 45 относительно плоскости поляризации поляризатора и анализатора. При вращении пластинки вокруг оптической оси измеряют углы падения луча, соответствующие минимуму интерференционной картины, по которым строят линии регрессии, используя известные функциональные зависимости. По наклону линий регрессии определяют показатели преломления 2 . Однако известное устройство невозможно применять для измерения пок зателей преломления кристаллов, обладающих оптической активностью. а также линейным и циркулярным дихро измом. Кроме того оно характеризуетс низкой точностью измерений показател преломления анизотропных кристаллов Цель изобретения - измерение коэф фициентов преломления анизотропных кристаллов, обладающих оптической . активностью и дихроизмом, а таклсе по вышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее источни излудения и последовательно рас.положенные по ходу излучения поляризатор,- гониометр, анализатор и фотоприемник, введены два полупрозрачных зеркала, пластина Z-среза, электрооптический модулятор, отражающее зеркало, узкополосный усилитель, и нуль-индикатор, причем первое полупрозрачное зеркало, пластина 2 -среза и электрооптйческий модулятор расположены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при зтом первое полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль К ее поверхности составляет угол 45 относительно направления излучения, ППП параллельна или перпендикулярна плоскости, содержа щей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей с направлением излучения, толщина кварцевой пластины Z -среза соответствует вращению плоскости поляризации на 45 , а оптическая ось электрооптического модулятора составляет угол 45 с ППП,, после гониометра. установлено перпендикулярно направлению излучения непрозрачное зеркало, по ходу излучения , отраженного от первого полупрозрачного зеркала, установлены последовательно расположенные второе полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 с направлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора составляет угол 45 с плоскостью, совпадающей с направлениями излучения, отраженного от первого и второго полупрозрачных зеркал, при этом выход фотоприемника соединен через узкопОлос ый усилитель с входом нуль-индикатора. На фиг..1 схематически изображено предлагаемое устройство на фиг. 2 - азимуты оптических осей анизотропных элементов; на фиг. 3 зависимости сигнала на выходе узкополосного усилителя от угла падения луча € на исследуемую кристаллическую пластину. Рефрактометр содержит источник 1 . монохроматического коПлимированного излучения и расположенные по ходу излучения поляризатор 2, первое полупрозрачное зеркало 3, кварцевую пластину Z-среза 4, электрооптический модулятор 5, гониометр 6, на поворрт ном столике которого установлен ,3 держатель исследуемого объекта 7, непрозрачное зеркало 8, второе полупрозрачное зеркало 9, анализатор 10, фотоумножитель 11, узкополосный усилитель 12 и нуль-индикатор 13. Устройство работает следующим образом Линейно поляризованный луч, прошедший сквозь полупрозрачное зеркало 3 без изменения состояния поляризации, поскольку плоскость поляризации луча параллельна (или перпен дикулярна) плоскости падения Л5гча на зеркало, попадает на кварцевую пластинку Z-среза 4, толщина которой подобрана таким образом, чтобы плос кость поляризации луча повернулась на 45°. При прохождении луча сквозь электрооптический модулятор 5 в пря мом направлении его состояние поляри .зации меняется незначительно и толь ко вследствие паразитной электрогирации, так как оптическая ось модулятора параллельна плоскости поляризации падающего луча. При обратно прохождении луча сквозь электрооптический модулятор 5 изменение состояния поляризации луча за счет электрогирации компенсируется, поэтому, если между модулятором 5 и непрозрачным зеркалом 8 не установлен исследуемый объект, который может изменить состояние поляризации луча, на анализатор 10 падает линейно поляризованный луч, и на выхо де узкополосного усилителя 12,настрое ного на частоту МОДУЛЯЦИИ электрооптического модулятора 5, имеет место нулевой сигнал. При установке на поворотном столике гониометра 6 исследуемого объекта луч . . становится благодаря двупреломпе- ни(о эллиптически поляризованным. Ортогональные составляющие луча интерферируют на анализаторе 10, причем, поскольку одна составляющая модулирована по фазе, фототок на выходе фотоумножителя 11 имеет, вид: + ( (1) + 2T,T2Sin8-sbcj, (I) . где Тд , Т„ - амплитудные коэффициенты пропускания, для/ ортогонально поляризо ванных лучей, неравность которых обуслов ливает линейный дихро 1 8 - разность фаз между ортогонально поляризованными лучами , 6 .ejj sincDt, 6д,СО - соответственно амплитуда и частота модуляции. При вращении исследуемой крист |лической пластинки вокруг оси,перендикулярной лучу, на некоторый гол i (фиг.З) на анализатор падает инейно поляризованный луч при 5 5 Kit и на выходе узкополосного усиителя имеет место нулевой сигнал, коорый фиксирует нуль-индикатор 13. о измеренным углам рассчитывают начения показателей преломления. В астности, есл исследуемым объектом вляется одноосный кристалл, оптичесая ось которого перпендикулярна оси ращения и лежит в плоскости среза, оказатели преломпения можно опреелить по формулам: (, 8(26in 52-Si et-Si 3) Uт;(25in 2-sin e.-5-in з) - (3) Поскольку, в формулу (2) для Пд не входят значения длины волны излуче- . ния ii и толщины пластины d, погрешности определения Л и d не влияют на точность измерения Пд. Кроме того, при известном ng формула (3) может служить для определения d (при известном 1( ) или Л (при известном d) по измеренным углам Е, 2 Ъ . Предлагаемый рефрактометр измеря ет показатели преломпения не только одноосных, но и двуосных кристаллов при произвольной (в том числе и неизвестной) (риентации оптический осей. Кргда ориентация оптических осей кристаллической пластины 1 еизвестна, проводят пять измерений углов падения Е| в случае одноосного кристалла и восемь измерений , в случае двуосного. Составляя соответственно . четыре или семь уравнений, соответствующих изменению разности хода на Л при повороте пластины от до , находят показатели преломления и направлякнцие косинусы септических осей. В предлагаемом устройстве исключены циркулярные эффекты вследствие наличия зеркала 8 и влияние линейного;дихроизма в результате применения модуляции, характер которой определен ориентацией элементов. При указанной на фиг. 2 ориентации оптических осей элементов 2, 5 и 10 фототок, который пропорционален интенсивности луча после анализатора 8, определяется уравнением (1). Из уравнения (1) видно, что нечетные гармоники пропорциональны линейному двупреломпению (sinS ), четнце гармоники - линейному дихроизму (Т - Т|). Поскольку узкополоснын усилитель 10 настроен на частоту модуляции электрооптяческого модулятора 6 (или другую нечетную гармонику), то линейный дихроизм не влияет на точность измерений линейного двупрёломпения. Ковьшение точности измерений показателя преломления обеспечивается за счет двойного прохождения лучей благодаря исклю ению влияния электрогирации модулирующего кристалла и погрешности, вызванной раздвоением луча из-за двупреломления, что обеспечивается прохождением отраженных лучей по тождественной траектории. Оптическая схема рефрактометра удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к прецизионным модуляционным приборам, т.е. исключено влияние на точность измерений дрейфа рабочей точки модулятора благодаря ориентации модулятора 6 и анализатора 8, а также искажений состояния поляризации лучей на полупрозрачных зеркалах,что обеспечивается перпендикулярностью их плоскостей падения. Применение интерференционного гониометра с точностью отсчета 0,1 позволяет измерить показатели преломпения ряда кристаллов в инфракрасной области спектра с точностью 1 - 5-10

РЕФРАКТОМЕТР для анизотропных кристаллов, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения поляризатор, гониометр, анализатор и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью измерения коэффициентов пр шомпеиия анизотропных кристаллов, обладающих оптической активностью и дихроизмом, и повьппения точности измерений, в устройст-, во введены два полупрозрачных зеркала, пластина Z-среза, электрооптическйй модулятор, отражающее зеркало, узкополосный усилитель и нульиндикатор , причем первое полупрозрачное зеркало, пластина Z-среза и электрооптический модулятор расположены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при этом первое полупрозрачное зеркало уста- новлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 относительно направления излучения, плоскость поляризации поляризатора (ППП) параллельна или перпендикулярна плоскости, содержащей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей.с направлением излучения, толщина кварцевой пластины Z-среза соответствует вращению . -О плоскости поляризации на 45 , а оптическая ось эЯектрооптического модулятора, составляет 45 с ППП, после гониометра установлено перпендикулярно направлению излучения непрозрачное зеркало, по ходу излуче(Л ния, отраженного от первого полупро;зрачнс)го зеркала, установпены последовательно расположенные второе полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 с направлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора о составляет угол с плоскостью, ел совпадающей с направлениями излуче ния, отраженного от первого и второ-: го полупрозрачных зеркал, при этом, выход фотоприемника соединен через узкополосный усилитель со входом нуль-индикатора.

8

Й/z./