Устройство для определения поляризационных параметров импульсного излучения Советский патент 1984 года по МПК G01N21/21 

Изобретение относится к оптическим приборам, в частности к поляриметрическим приборам, и может найти широкое применение в физике, химии при изучении импульсных источников излучения малой длительности опти ческого диапазона (лазеров, газоразрядных ламп, плазмы, химических реакций и т.д.| , а также для решения традиционных эллипсометрических и поляриметрических задач при быстр протекающих процессах. Известно устройство, включающее последовательно расположенные разво рачиваемый линейный поляризатор, фотоприемник и систему регистрации l , Однако применительно к импульсным световым потокам использование такого устройства обеспечивает низкую точность определения полйризациоиных параметров, ввиду необходимости проведения серии последовательных независимых измерений при различных положениях поляризатора, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для определения поляризационных параметров импульсного излучения, содержащее источник импуль него .электромагнитного излучения и расположенные последовательно по ходу излзгчения задающий поляризатор, держатель исследуемой системы четыре канала, каждый из которых включает анализирующий поляризатор фотоприемник и общие усилительный тракт соединенный с выходами фотоприемников, систему обработки и управления, соединенную с усилитель ным трактом и источником излучения систему отображения, связанную с системой обработки и управления, причем в канале исследуемого излуче ния перед одним из анализирующих поляризаторов расположена четвертьволновая пластинка 2j , Недостатками известного устройс ва являются низкий спектральный ди пазон измерений и невысокие локаль ность и точность измерений. Целью изобретения являются расши ние спектрального диапазона измере ний и повьшение локальности и точности измерений. Поставленная цель достигается те что в устройство для определения поляризационных параметров импульс ного излучения, содержащее источник импульсного электромагнитного излучения и расположенные последовательно по ходу излучения задающий поляри- затор, держатель исследуемой системы, четыре канала, каждый из которых включает анализирующий поляризатор, фотоприемник и общие усилительный тракт, соединенный с выходами фотоприеьшиков, систему обработки и управления, соединенную с усилительным трактом и источником излучения, систему отображения, соединенную с системой обработки и управления, причем в одном из каналов перед анализирующим поляризатором расположена четвертьволновая пластинка, перед анализирующими поляризаторами, а в канапе, содержащем четвертьволновую пластинку, перед четвертьволновой пластиной дополнительно установлены светоделительные элементы так, что на фотоприемник падает излучение, соответствующее одному и тому же участку волнового фронта излучения, каждый анализирующий поляризатор снабжен устройством синхронного разворота соединенным с системой обра ботки и управления, источник излучения выполнен перестраиваемым по длине волны, и снабжен индикатором длины волны, соединенным с системой обработки и управления, а перед задающим поляризатором размещай фокусирующий объектив. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит источник 1 импульсного излучения с перестраиваемой длиной волны (например, лазер с перестраиваемой длиной волны), фокусирукнций объектив 2, задающий поляризатор 3, держатель 4 исследуемой поверхности, светоделительное устройство 5, анализирующие поляризаторы 6, установленные на поворотных основаниях 7, четвертьволновую пластину 8, фотоприемники 9, усилительный тракт 10, систему 11 обработки и управления, электрически связанную с блоками 1,3,7 и 10, а также системой 12 отображения информации и индикатором 13 длины волны излучения. Устройство работает следующим образом. Излучение импульсного источника 1 излучения установленной длины волны пропускается через фокусирующий , объектив 2, задающий поляризатор 3 и формирует на исследуемой поверхности 4 световой пучок малого размера, позволяющего проводить локальный анализ исследуемой поверхности. Отра женный от поверхности световой поток с измененным состоянием поляризации распределяется светоделительным устройством 5(}) и 5 (2) на три оптических канала, на выходах которых расположены четыре измерительные тракта, представляющие собой последовательно расположенные ли- . нейные поляризаторы 6 (П, 6 (2) и 6 (З) (с развернутыми друг относительно друга плоскостями пропуск кания) и фотоприемники 9 (11, 9 (2) 9 (З) и 9 (4), Первые два измерител ных тракта с фртоприемниками 9(1) и 9 (2) использук т линейно ортогонально поляризованные компоненты светового потока, выходящие из различных граней одного линейного поляризатора 6 (1) (выполненного, напри мер, в виде призмы Глана Томсона), Перед поляризатором 6 (з) установлен ахроматичная четвертьволновая пластина (например,ромб Френкеля), обеспечивающая попадание на фотоприемник 6 (з) циркулярно-поляризованной компоненты анализируемого излучения. Индикатор 13 дпины волны, совмещенный с импульсным излучателем 1 элект рически связан с системой 11 обработ ки и управления. Для расширения спектрального диапа.зона измерений за счет поддержания малости остаточной эллиптичности линейные поляризаторы 6 (l), 6 (2) и 6 (3) размеще ны на повбротных устройствах 7 (l), 7 (2) и 7 (з), синхронно разворачивающихся вокруг оптической оси в зависимости ot длины волны излучения по сигналу I1 обработки и управления Система 12 отображения обеспечивает регистрацию полученной информации об измеренном состоянии поляризации. 1 74 Преимуществами предлагаемого устройства являются пространственная локализация зондирующего светового потока, обеспечивающая широкие возможности проведения исследований объекта малых размеров, а также излучения микронеоднородностей, отражающих поверхностей с высокой точностью, а также широкий спектральный диапазон измерений. Результаты расчетов и предварительного макетирования показали, что предлагаемое устройство обеспечивает получения следующих точностных характеристик: чувствительность точность измерений 3%; спектральный диапазон 250-70 нм; длительность зондирующего импульса 10 -10 с. Технические характеристики известного устройства или других приборов, дозволяющих Определить поляризационные параметры импульсного излучения, которые можно было бы использовать в качестве базы сравнения неизвест- иы. Поэтому сравнение может быть прбведено лишь с приборами, предназначенными для одновременного определения поляриметрических параметров непрерывного излучения. Наилучшими характеристиками обладают приборы, использующие модуляционный метод измерения, при котором теоретическая чувствительность без учета приборных погреш юстей не более 10, точность измерений максимальная - 5 %, время измерения 1с Приведенные данные показывают, что технические характеристики пред лагаемого устройства находятся на уровне лучших мировых образцов, позволяя при этом исследовать пульсное излучение малой длительности, провзаимодействовавшее с сие темой с высокой точностью и локальностью, что дает возможность создания прецизионных поляризационных спектрометров.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник импульсного электромагнитного излучения и расположенные последовательно но ходу излучения задающий поляризатор, держатель исследуемой системы, четьфе канала, каждый из которых включает анализирующий поляризатор, фотоприемник и общие усилительный тракт,соединенный с выходами фотоприемников, систему обработки и управления, соединенную с усилитель,-ным трактом и источником излучения, ; систему отображения, соединенную с системой обработки и управления, причем в одном из каналов перед анализирующим поляризатором расположена четвертьволновая пластинкау о т л ичающееся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений и повышения локальности и точности измерений, перед анализирующими поляризаторами, а в канале, содержащем четвертьволновую пластинку, перед четвертьволновой пластинкой дополнительно установлены светоrj делительные элементы так, что на каждый фотоприемник падает излучение, (Л соответствующее одному ji тому же участку волнового фронта излучения, каждый анализ ИРУ кйций поляризатор снабжен устройством синхронного § разворота, соединенньот с системой обработки и управления, источник излучения вьтолнен перестраиваемым ; по длине волны и снабжен индикатором длины волны, соединенным с системой, со о обработки и управления, а перед задакнцкм поляризатором размещен фо кусирующий объектив.