Способ измерения малых коэффициентов поглощения оптических материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к электронной оптике и лазерной технике и может быть использовано для определения малых (-6 10 ) коэффициентов поглощения оптических материалов (в заданном спектральном диапазоне),

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

На фиг.1 изображены кривые нагрева и остывания образца исследуемого оптического материала; на фиг.2 - образец с электрическим нагревателем, введеннь м по оси пучка монохроматичес кого излучения, облучающего образец; на фиг.З - образец с расположением нагревателя и оси пучка монохроматического излучения симметрично точки измерения температуры образца; на фиг.4 - устройство, реализующее предлагаемый способ.

Сущность изобретения состоит в следующем. Проходя через образец 1 исследуемого оптического материала пучок излучения мощностью Р от источника 2 частично поглощается в нем, вызывая его нагрев. Величина потерянной излучением мощности Рд с помощью известных соотношений связана с коэффициентом поглощения об оптического материала следующим соотношением:

/1-Rl / 1-l-« j /

где 1 - длина образца;

R - коэффициент отражения образца;

й6 - коэффициент поглощения образца.

В случае малых поглощений, когда й1«1, выражение упрощается:

,tl.

Следовательно, для определения величины оС достаточно, зная 1 и Р, измерить Рд.

Для нахождения Р измеряют и регистрируют кривую изменения температуры дТ образца I (фиг.1) во времени t по формуле

,

где Т - температура окружающей среды;

Т - температура образца , установившаяся в результате его нагрева под действием пучка монохроматического излучения от источника 2 (лазерного). Для калибровки поглощенной образцом I мощности излучения в образце -просверливают отверстие и вводят в

.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

него электрический нагреватель 3 в виде стержня с диаметром, близким к диаметру пучка монохроматического излучения, и с известным электрическим сопротивлением Пропускают через него электрический ток заданной величины от источника 4 питания, измеряют температуру образца, например, термопарой 5, и регистрируют кривую изменения температуры л Т образца в результате нагрева его электрическим нагревателем 3 (фиг.1). Так как мощность Р, выделяемая нагревателем 3, известна, то для определения мощности (т.е. для калибровки мощности), поглощаемой образцом при облучении, необходимо определить соотношение й.Т/ДТд и с учетом Р, по формуле

. т

Р Р --- определить значение калибруемой мощности, по которой определяется искомый коэффициент поглощения, оптического мятериала из формулы

Pq P-lil.

При этом возможны два варианта введения нагревателя в образец. В первом варианте (фиг.2) ось нагревателя 3 совпадает с осью пучка излучения В этом cjjy4ae последовательность операций в процессе измерений следующая. Сначала производится регистрация кривой изменения температуры образца йТ (нагрев и охлаждение) под действием монохроматического излучения источника 2, затем в образце просверливается отверстие, вводится нагреватель 3 и производится регистрация кривой uT,(( при электрическом нагреве. Во втором варианте (фиг.З) отверстие для нагревателя просверливается и нагреватель 3 вводится в образец заранее, с таким расчетом, чтобы ось нагревателя и ось пучка монохроматического излучения располагались симметрично относительно точки измерения температуры. В этом случае можно производить калибровку как до, так и после нагрева образца монохроматическим излучением, не меняя положения образца I.

При реализсщии способа (фиг.4) образец 1 исследуемого материала помещался в кюв€:ту 6. Мощность излучения, прошедшего через кювету с образцом, регистрировалась измерителем 7 мощности, ЭДС термопары 5, например, нановольтметром 8, а запись изменения температурь во времени ДТ и

uTg производилась на потенциометре 9.

Формулаизобретения

1. Способ измерения малых коэффициентов поглощения оптических материалов путем измерения температуры образда этого материала при облучении его пучком монохроматического излуче- ния и калибровки поглощенной образцом мощности монохроматического излу чения, по которой судят об искомом параметре, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, калибровку поглощенной образцом мощности монохроматического излучения осуществляют путем пропускания электрического тока заданной величины через введенный в образец электрический нагреватель в виде стержня с диаметром, близким к диаметру пучка монохроматического излучения, и с изве ГС

23

физ.Г

fO 15 0

35924

стным электрическим сопротивлением, измерения при этом температуры образца и определения соотношения температур образца при облучении его пучком монохроматического излучения и при электрическом нагреве, с учетом которого по мощности электрического нагрева определяют значение поглощенной образцом мощности монохроматического излучения.

2. Способ по П.1, отличающийся тем, что пропускают электрический ток через электрический нагреватель, введенный в образец по оси пучка монохроматического излучения.

3, Способ по П.1, отличающийся тем, что пропускают электрический ток через электрический нагреватель, введенный в образец симметрично оси пучка монохроматического излучения относительно точки измерения температуры образца.

Кривая нагрева и асть/ва- ни и при боздейстВиц ttsлу ен1/я

t,tiUH

,. 1| Ji.

im

ill

Терно- пара

Фиг.З

Изобретение относится к области волоконной оптики и лазерной техники и может быть использовано для определения малых ( ) коэффициентов поглощения оптических материалов (в заданном спектральном диапазоне). Данное изобретение дополняет лазерную калориметрию процедурной калибровки поглощенной мощности монохроматического излучения, облучающего образец исследуемого материала, с помо1цью его злектрического нагрева, что повышает точность способа. Это достигается тем, что в образец вводится электрический нагреватель с диаметром, близким диаметру пучка монохроматического излучения и с известным электрическим сопротивлением, через который пропускают электрический ток заданной величины и измеряют при этом температуру образца. Далее по известной мощности злектрического нагрева с учетом соотношения температур образца при облучении его пучком монохроматического излучения и при электрическом нагреве определяют значение пог лощенной образцом мощности монохроматического излучения, по которой судят об искомом коэффициенте. 4 ил. СО

Редактор А.Ревин

фиг. If

Составитель С.Непомнящая

Техред М.Ходанич Корректор М.Самборская

Заказ 377/46Тираж 777 Подписное

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