Устройство для измерения коэффициентов отражения Советский патент 1985 года по МПК G01N21/55 G02B17/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в исследованиях и точных измерениях коэффициентов отражения не только в поляризован ном, но и естественном и частично поляризованном излучении. Целью изобретения является повышение точности измерения близких к единице коэффициентов отражения как в поляризованном, так и в естественном излучении. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства при работе с введенной в пучок излучения призменной системой сравнения; на фиг. 2 - то же, при работе с введенной в пучок излучения измерительной призменной системой. Схема содержит источник 1 излучения, приемник 2 излучения, призмы 3 и 4, составляющие призменную систему трехкратного полного внутреннего отражения с воздушным промежутком, исследуемый образец 5 и призмы 6 и 7, симметрично расположенные в пучке излучения относительно исследуемого образца, образующие измерительную призменную систему. Для исключения разницы в потерях излучения на рабочих гранях в призменной системе сравнения и измерительной призменной системе система сравнения выполнена в виде оптической призменной системы, состоящей из четырехгранной призмы 3 с двумя гранями 8 и 9 полного внутреннего отражения и двумя другими гранями, входной 10 и выходной 11, перпендикулярными к оптической оси пучка, и четырехгранной призмы 4 с одной гранью 12 полного внутреннего отражения и двумя гранями, входной 13 и выходной 14, также перпендикулярными к оптической оси пучка. Призмы 3 и 4 образуют между собой воздушный промежуток. В измерительной призменной системе симметрично расположены в пучке излучения относительно образца 5 две одинаковые призмы 6 и 7. Призма 6 выполнена в виде четырехгранной призмы с тремя рабочими гранями. Грань 15 полного внутреннего отражения, входная 16 и выходная 17 грани перпендикулярны к оптической оси пучка. В призме 7 грань 18 полного внутреннего отражения и входная 19 и выходная 20 грани перпендикулярны к оптической оси пучка. Измеряемая от: ражающая плоскость исследуемого образца параллельна грани полного внутреннего отражения 9 призмы 3 в системе сравнения. Для создания одинаковых условий работы при введении в пучок цризменных систем сравнения или измерительной системы призмы 3, 4, 6 и 7 выполнены из одного и того же материала. Одними из условий работы устройства, особенно в непараллельных пучках (в практике подавляющее большинство реальных источников излучения имеют непараллельные пучки излучения), являются одинаковая длина оптического пути рабочего пучка в призменных системах сравнения и измерительной при одинаковых потерях при прохождении призменных систем пучком излучения, а также формирование на приемной площадке приемника излучения одинакового по размеру изображения рабочего пучка. На входных и выходных гранях призм, перпендикулярных оптической оси, присутствуют вторичные отражения рабочего пучка и на приемной площадке приемника создаются вторичные изображения, вызывающие фототок. Поэтому условие одинаковости оптической длины пути в призменных системах устройства должно соблюдаться и для вторичных пучков излучения, так как должны выполняться равенства оптических длин пути между гранями 10-11 и 16-17, 13-14, и 19-20, 11 -13 и 17-19 и, таким образом, оптические длины пути в воздушных промежутках между призмами, а также между соответствующими гранями призм в призменных системах сравнения и измерительной должны быть равны между собой. Устройство работает следующим образом. В рабочий пучок вводится призменная система сравнения 3, 4. Излучение от источника проходит призмы 3 и 4 и, претерпевая три раза полное внутреннее отражение, попадает на приемник 2 излучения. Сигнал 1о, снятый с приемника излучения, соответствует полному отражению. Затем призмы 3 и 4 выводятся из пучка, а на их место устанавливается измерительная призменная система с исследуемым образцом 5 между призмами 6 и 7. Излучение от источника 1 проходит через призму 6, испытывает одно полное внутреннее отражение и попадает на измеряемую поверхность исследуемого образца. Отражаясь от измеряемой поверхности, пучок проходит призму 7 и, испытывая второе полное внутреннее отражение, попадает на приемник 2 излучения. Сигнал, снятый с приемника излучения 4i, характеризует величину отражения излучения от измеряемой поверхности исследуемого образца. Коэффициент отражения определяется по формуле Входные и выходные грани призм в системах сравнения и измерительной перпендикулярны к оптической оси, поэтому величина потерь в призменных системах сравнения и измерительной не зависит от состояния поляризации рабочего пучка излучения и, таким образом, устраняется погрешность, вызываемая изменением величины коэффициента отражения на преломляюших гранях, расположенных наклонно к пучку и на измеряемой поверхности исследуемого образца при изменении преломляющими гранями и образцом состояния поляризации рабочего пучка. Кроме того, при расположении входных и выходных граней перпендикулярно оптической оси пучка излучения резко уменьшается погрешность, вызываемая неидеальной точностью изготовления призм по сравнению с расчетом, так как при незначительном наклоне граней призм от положения перпендикулярности к оптической оси пучка излучения (-l) величина изменения коэффициента отражения излучения от граней призм пренебрежимо мала (менее 0,0001%). В данном устройстве потери энергии при отражении на гранях в системах сравнения и измерительной не зависят от состояния поляризации рабочего пучка. Потери на поглощение в призменных системах сравнен ия одинаковы, так как одинаковы материал изготовления призм и оптические длины пути в обеих системах. Погрешность измерения близких к единице коэффициентов отражения может быть доведена до 0,01%, т.е. уменьшена не менее чем в 10 раз по сравнению с известными техническими решениями.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ, содержащее источник излучения и приемник, расположенные по ходу луча с возможностью поочередного ввода между ними вдоль оптической оси пучка призменной системы сравнения, состоящей из двух призм, разделенных воздушным промежутком, и измерительной, выполненной в виде двух одинаковых симметрично расположенных относительно исследуемого образца призм, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения коэффициентов отражения близких к единице как в поляризованном, так и в естественном излучении, первая от источника излучения призма в системе сравнения выполнена с четырьмя рабочими гранями, две из которых являются гранями полного внутреннего отражения, а вторая по ходу луча грань полного внутреннего отражения перпендикулярна ее входной грани, вторая призма в системе сравнения и обе призмы измерительной системы выполнены с тремя рабочими гранями, одна из которых является гранью полного внутреннего отражения, при этом входные и выходные грани всех четырех призм перпендикулярны к оптической оси пучка, при этом i оптические длины пути в воздушных промежутках между призмами, а также между (Л соответствующими гранями призм в системах сравнения и измерительной равны между собой. со 00 О)

166

Фиг. 2 20 2