Устройство для измерения обратного рассеяния Советский патент 1987 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к технике измерения интенсивности рассеянного излучения и может быть использо вано для контроля качества поверхности оптических деталей.

Цель изобретения - повьшение точности измерения степени излучения, рассеянного от образца обратно в телесный угол падающего излучения,

На фиг, 1 изображена оптическая схема устройства для измерения обратного рассеяния на фиг, 2 - схема расположения оптических деталей на диске.

Устройство для измерения обрат- ного рассеяния содержит источник излучения - лазер 1, светоделитель 2, держатель 3 исследуе1 ого объекта исследуемый объект 4J возвратное зеркало 55фотоприемник 6, селективный усилитель 7, измерительное устройство (например вольтметр) 8, диск 9, держатель 10 калибровочного отражателя калибровочный отражатель 11, светопоглотитель 12. Держатели жест- (ко связаны с диском. Исследуемьш , объект и калибровочный отражатель неподвижно укреплены в держателях. Фотоприемник электрически соединен с селективным усилителем, который электрически соединен с вольтметром Держатели исследуемых объектов ук реплены на диске по окружности на одинаковом расстоянии„ Частота пропускания ц селективного усилителя определяется из соотношения

„ 2 Г С08

cf.a3,

где г - расстояние держателя исследуемого объекта и калибровочного отражателя от оси вращения диска; -Cf - угол падения излучения на

диск П - угловая частота вращения ди. ка;

- частота излучения лазера, с - скорость света. Устройство работает следующим образом.

Излучение частотой - от лазера 1, попадая на светоделитель 2, расщепляется на два канала: гетеродинный и измерительный. Гетеродинный канал создается с помощью возвратного зеркала 5.

Излучениеэ проходящее через светоделитель 2 и попадающее на исследуемый объект 45 отражается от него в прямом направлении и поглощается

светопоглотителем 12 с целью устранения бликов.

Излучениер рассеянное объектом в , обратном направлении относительно падающего луча, попадает на светоделитель 2 и, отражаясь от него, попадает на фотоприемник 6, на который попадает также излучение гетеродинного канала, отраженное от возвратного зеркала 5. Таким образом, на светоделителе 2 происходит оптическое ге теродинирование (двухлучевая интерференция) излучений из обоих кана- лов.

В случае неподвижного исследуемого объекта излучение, рассеянное от объекта, обладает частотой, равной частоте падающего излучения V .

При вращении диска 9 излучение, рассеянное от поверхности исследуемого объекта 4, жестко укрепленного в держателе 3 на поверхности диска 9 и вращающегося совместно с диском, обладает частотой

30

, г

1 + В, 1 - В.

отличной от частоты падающего излуче-, ния на величину

, ,,.„,

где В, II ;

v vcosq ;

V - линейная скорость движения

исследуемого объекта 4, Дпя устройства, изображенного на ФИГ, 1, угол q) 45°, а cos 4

-1 -

Сигнал с разностной частотой 5, --Зр выделяется из сигнала, регистрируемого фотоприемником 6 с

помощью селективного усилителя 7, и .

измеряется вольтметром 8. Интенсив- ность сигнала с частотой пропорциональна величине , где А - амплитуда излучения, отраженного от возвратного зеркала 5, Ард,.- амплитуда рассеянного излучения от исследуемого объекта.

При вращении диска с частотой f 600 об/мин, что соответствует угловой частоте Q

62,8

г-П 2 м/с, при

Т 60

Гц, линейная скорость исследуемого объекта 4 составляет v 2Уг 1

Т 21 расстоянии исследуемого объекта до оси вращения г 0,2 м. Допплеровский сдвиг частоты в этом случае составляет 600 кГц, что более чем на два порядка вьше, чем у прототипа. Такая частота значительно вьше, чем собственные шумовые частоты устройства из-за механических колебаний элементов, и легко вьщеляется из помех электронной схемой (селективным усилителем 7) Таким образом, происходит смещение рабочей частоты уст- ройства в более высокочастотную область и на измерительное устройство (вольтметр) 8 подается чистый сигнал без помех, т.е отношение сигнал/

1286962 4

2 м . При повороте диска 9 так, чтобы луч лаз«ра 1 попадал на исследуемый образец 4, измерительным устройством 8 производится измерение величины 5 1, АО„ Аро,сс . Амплитуда рассеян-, ного излучения определяется-по формуле

fO

расс

I,

- А

ка ЛИБ

Коэффициент обратного рассеяния по интенсивности, равный по определению

15

R

i где

расе I.

Ipaci; naft

20

-рас

пар,

рассеянного

интенсивность излученияJ

интенсивность падающего излучения, вычисляется по формуле

R

25

расе

R

калиь

()

I,

„,шум при проведении измерений резко увеличивается,

Для калибровки устройства на диск 9 устанавливают дополнительно как минимум один держатель 10 с калибровочным отражателем 11. При этом отражающая поверхность калибровочного , , отражателя 11 ориентирована так. что- вольтметр В 6-4. Точность измерений,

Пример. Источником излучения служил лазер ЛГ-32, длина волны излу чения Л 0,63 мкм. Фотоприемник ФЭУ-79, селективный усилитель У2-8,

полученная при экспериментальных исследованиях многослойных диэлектрических зеркал, оценивалась в 1%.

бы излучение от лазера 1 падало на нее перпендикулярно.

В качестве калибровочного отражателя можно использовать клинообразную пластинку или призму из мате- с известным показателем преломления п. Тогда коэффициент отражения по интенсивности от одной поверхности пластинки (призмы) описывается

(формулой Френеля

R

КОЛИБ

п - 1

П + 1

Точность определения показателя преломления призмы весьма высокая и достигает %, что в 100 ра.з вьш1е точности, достижимой при измерении интенсивности излучения.

При таком положении диска, при

котором калибровочный отражатель пе- 50 возвратное зеркало и калибровочресекает луч лазера 1, измерительным устройством 8 производится измерение величины

оп

А

Ч01Г1И6

амплитуда излучения, отраженного от калибровочного отражателя.

ле

расс

I,

- А

ка ЛИБ

Коэффициент обратного рассеяния по интенсивности, равный по определению

5

R

i где

расе I.

Ipaci; naft

0

-рас

пар,

рассеянного

интенсивность излученияJ

интенсивность падающего излучения, вычисляется по формуле

R

расе

R

калиь

()

I,

, , вольтметр В 6-4. Точность измерений,

Пример. Источником излучения служил лазер ЛГ-32, длина волны излучения Л 0,63 мкм. Фотоприемник ФЭУ-79, селективный усилитель У2-8,

, , вольтметр В 6-4. Точность измерений,

полученная при экспериментальных исследованиях многослойных диэлектрических зеркал, оценивалась в 1%.

Формула изобретения

Устройство ддтя измерения обратного рассеяния, содержащее лазер, светоделитель, установленный по ходу луча, держатель исследуемого объекта, фотоприемник, оптически связанный со светоделителем и электрически с входом селективного усилителя, выход которо- го подключен к входу измерительного устройства, а также механический диск, вьшолненный с возможностью вращения, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, в устройство дополнительно ввеный отражатель, при этом возвратное зеркало установлено по ходу луча, отраженного от светоделителя с противоположной стороны от фотоприемника, а держатель исследуемого объекта и калибровочный отражатель установлены на механическом диске, который расположен по ходу луча, проходящего светоделитель, при этом частота про5

пускания селективного усилителя определяется соотношением

f.. 2- г- co s q. а - ) цт р

где г - расстояние от держателя исследуемого объекта и калибровочного отражателя от оси

вращения диска, угол падения излучения на

диск; угловая частота вращения

диска;

частота излучения лазера} скорость света.

Изобретение относится к фотометрической технике измерения интенсивности рассеянного излучения. Повышение точности измерений достигается тем, что информационный сигнал в устройстве приобретает дополнительный допплеровский сдвиг частоты порядка 0,5 МГц, т.е. значительно выше, чем частотный спектр шумов, и легко выделяется из регистрируемого сигнала. Допплеровский сдвиг осуществляется вращающимся диском, на котором установлен калибровочный отражатель, ПОЗВОЛЯЮ1ЦИЙ за один оборот диска как минимум один раз от- калибровать устройство по интенсивности отраженного сигнала. 2 ил. W tc 00 Од со

Ce/feff/7 u / 6ft} усш //т7в л- Vftmo/fjOi/e/yf i/fc

doAS asfrff ff &e/y/fa/f&

Де/ жое/пе А /

B§y s/f/n

/ A ffj t/ TfffjVMf ff

t/f/r cfoe/c/rf

cSefno/ oi o/m/ffoi i/d/yoffff/ A/io/f7/fa a/ne A

Aepjur-ot ejfA

./

ffaffoAff- atsf t/$ffyvff

Hue .

Д атлау

uce fffye/fAfjT

effte mo

O/r f& teffMfe

tfAJJyVffJ t/f

f(aurtff/ oSoi/AfA ощоаежа/пе л

Редактор Е.Копча

us.S

Составитель Ю.Гринева

Техред А.Кравчук Корректор Е.Сирохман

7705/42

Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 1J3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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