Способ определения показателя преломления в инфракрасной области спектра Советский патент 1986 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к измерению оптических свойств и может быть использовано при определении показателя преломления различных материалов в инфракрасной области спектра.

Цель изобретения - повышение точности, расширение рабочего диапазона и упрощение определения показателя преломления,

На чертеже изображена оптическая схема устройства для определения показателя преломления в инфракрасной области спектра, реализующего способ.

Устройство содержит светоделитель- 15 тенсивного опорного пучка с цирку

ную пластину 1, отражательный элемент 2 с возможностью поворота, четвертьволновую пластинку 3, призму Глана 4, переменную оптическую задержку 5, призму Глана 6 с возмож- ностью поворота вокруг своей оси, неподвижную призму Глана 7, четвертьволновую пластинку 8, пластинку GaAs 9, - вход регистратора, призму Глана 10 - элемент регистратора, фотоприемник 11 - элемент регистратора.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника моно- хроматического излучения расщепляется светоделительной пластинкой 1 на пробный и опорный пучки. В результате прохождения через элементы 3 и 4 пробньй пучок приобретает линейную поляризацию, ориентация которой задается элементом 4, а опорный пучок после прохождения элементов 6, 7 и 8 приобретает циркулярную или линейную поляризацию в зависимости от ориентации элемента 8. Интенсивность пробного пучка подбирается много меньше интенсивности опорного. Оба пучка совмещаются в пространстве на входе 9 регистратора. В случае использования опорного пучка с линейной поляризацией, плоскость поляризации пробного пучка устанавливается под углом 45° по отношению к плоскости поляризации опорного. В этом случае на входе регистратора происходит следующее. Интенсивный линей- .но-поляризованньш свет опорного пучка наводит в кристалле GaAs двулуче- преломление, под действием которого изменяется начальная поляризация пробного пучка. В результате этого через элемент 10, который устанавливается так, чтобы не пропускать перв

начальную поляризацию пробного пучка, проходит световой импульс, регистрируемый элементом 11. Оптическая задержка 5 устанавливается в такое положение, при котором сигнал с элемента 11 становится максимальным. Эта величина отсчета оптической задержки фиксируется. Далее после установки исследуемой среды, определяется новое значение отсчета оптической задержки, при которой также наблюдается максимальньй сигнал с элемента .1 1 .

Способ основан на способности ин

лярной или линейной поляризацией, направленной под углом 45 к плоскости поляризации пробного, наводить в кристалле GaAs гиротропию, двулу- чепреломление и дихроизм, в результа те чего изменяется начальная поляризация пробного пучка. В качестве пробного пучка используют пучок с линейной поляризацией, а в качестве опорного пучка - с циркулярной либо линейной поляризацией (в последнем случае плоскость поляризации располагается под углом 45 к плоскости поляризации пробного пучка).

Для того чтобы исключить зависимость показателя преломления от величины интенсивности света, интенсивность пробного пучка выбирают много меньшей интенсивности опорного пучка.

Пробный и опорный пучки совмещают в пространстве на входе регистратора, который предлагается вьшолнить в виде пластинки из GaAs. Это осуществляется для того, чтобы могла меняться первоначальная поляризация пробного пучка. При этом изменение поляризации пробного пучка максимально при равенстве оптических путей пробного и опорного пучков, что обеспечивается временные совмещением этих пучков на входе регистратора. Пробньй пучек с первоначальной поляризацией не пропускается призмой Глана, стоящей м-ежду пластинкой GaAs и фотопри-. емником. Для того чтобы добиться равенства оптических путей пробного и опорного пучков, оптический путь опорного пучка регулируют оптической задержкой до появления максимального электрического сигнала на фотоприемнике, что соответствует определенной величине оптической задержки.

которую регистрируют. Регистрацию производят для того, чтобы относительно этой величины в дальнейшем судить об изменении оптического пути пробного пучка, создаваемом исследуемым образцом. Для нахождения этого изменения на оптическом пути пробного пучка устанавливают исследуемый образец; после этого повторно изменяют оптическую задержку опорного пучка и добиваются появления максимального электрического сигнала.

Поскольку оптический путь пробного пучка изменился, а максималь- ньй электрический сигнал регистрато- ра появляется только при равенстве оптических путей пробного и опорного пучков, то максимальному сигналу будет соответствовать другая величи

же регистрируют. Искомый параметр- показатель преломления определяют по формуле

на оптической задержки, которую так- 20 ца. Величина отсчета оптической задержки в момент совмещения обоих пучков во времени составила без образца 66,355 мм, а с образцом 63,376 мм (NaCl). Показатель преломления воздуха для использованной, длины волны считался равным 1. Показатель преломления для NaCl, рассчитанный по приведенной формуле, составил п 1,531. Показатель преп(

-/2U-b) d

25

+ 1)- п-b

где а - величина оптической задержки, соответствующая максимальному сигналу на регистраторе в отсутствие ис- 30 следуемого образца, мм Ь - величина оптической задержки, соответствующая максимальному эл:ектрическо- му сигналу на регистраторе при наличии исследуемого образца, MMJ d - 35 толщина исследуемого образа; п- показатель преломления воздуха для данной длины волны.

Пример конкретной реализации способа.Ю

Монохроматический пучек света расщеплялся на два пучка - пробный и опорньй. В качестве опорного пучка использовался пучок с циркулярной

ломленил, определяемый по способу прототипу, составил по оценочным данным 1,5+0,5. Сравнение этих двух величин свидетельствует о повышении точности определения. При использовании пластины из исследуемого материала с большей толщиной, а также более точной оптической задержки можно повысить точность определения показателя преломления среды еще на порядок.

Таким образом, способ позволяет повысить точность определения показателя преломления по сравнент ю с известными в 10 раз, расширить рабополяризацией и интенсивностью

100 МВТ/СМ , в качестве пробного Таким образом, способ позволяет повысить точность определения показателя преломления по сравнент ю с известными в 10 раз, расширить рабо45 чий диапазон длин волн в 1,7 раза от 0,8 до 1,8 мкм, приводит к упрощению определения показателя преломления за счет использования более простого и дешевого регистратора, а ности пластины GaAs, являющейся вхо- 50 также за счет исюточения длительного

и трудоемкого процесса измерения и обработки информации при определении показателя преломления с помощью

пучок с линейной поляризацией и. интенсивностью 1 МВт/см. Оба пучка совмещались в пространстве на поверхдом регистратора. Совмещение регулировалось при помощи отражательного элемента, а также двумя собирающими линзами, расположенными на оптическом пути пробного и опорного пуч- 55 ков перед входом регистратора, и наблюдалось на фотобумаге, которая для этой цели располагалась вместо пластинки GaAs. После указанной настфотохронограмм.

Формула из -обретения

Способ определения показателя преломления в инфракрасной области

5

ройки фотобумага заменялась пластинкой из GaAs. После этого совмещалось время прихода на вход регистратора опорного и пробного пучков посредством оптической задержки, как в отсутствие исследуемого образца, так и при его установке на пути пробного пучка. О моменте совмещения пучков во времени судили по появлению максимального сигнала на выходе регистратора (фотоприемника), при зтом в обоих случаях каждый раз производилась подстройка пространственного совмещения пучков, что приводило к еще большему возрастанию уровня сигнала на выходе регистратора. Регистрировалась величина отсчета оптической задержки соответственно до и после ус та и О-В ки исследуемого образломленил, определяемый по способу прототипу, составил по оценочным данным 1,5+0,5. Сравнение этих двух величин свидетельствует о повышении точности определения. При использовании пластины из исследуемого материала с большей толщиной, а также более точной оптической задержки можно повысить точность определения показателя преломления среды еще на порядок.

Таким образом, способ позволяет повысить точность определения показателя преломления по сравнент ю с известными в 10 раз, расширить рабочий диапазон длин волн в 1,7 раза от 0,8 до 1,8 мкм, приводит к упрощению определения показателя преломления за счет использования более простого и дешевого регистратора, а также за счет исюточения длительного

фотохронограмм.

Формула из -обретения

Способ определения показателя преломления в инфракрасной области

спектра, включающий расщепление монохроматического пучка на п зобный и опорньй, их регистрацию после прохождения одинакового оптического пути в отсутствие исследуемого образца и при установке образца на пути пробного пучка и последующее нахождение исследуемого параметра по временному сдвигу пробного пучка, о т л и ч,а- ю щ и и с я тем, что, с целью повы- шения точности, расширения рабочего диапазона и упращения способа, после расщепления монохроматического пучка пробный пучок преобразуют в пучок с линейной поляризацией, а опорный - с циркулярной или линейной, направленной под углом 45 к плоскости поляризации пробного пучка, затем указанные пучки совмещают в пространстве на входе регистратора, представляющего собой пластину из GaAs, а- при регистрации пучков совмещают время их прихода на вход регистратора посредством оптической задержки, причем о моменте совмещения пучков во времени судят по появлению максимального электрического сигнала на выходе регистратора, при этом регистрируют величины отсчета оптической задержки а и b соответственно до и после установки исследуемого образца, а показатель преломления п определяют из следующего соотношения:

j,, (2(§lb),.,

где d - толщина исследуемого образа;

п 1 - показатель преломления воздуха для данной длины волны.

.Редактор А.Долинич

Составитель С.Голубев Техред А.Кравчук

Заказ 7060/48 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор И.Эрдейи