Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения Советский патент 1987 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к прикладной оптике, в частности к оптическим приборам для исследования спектров отражения з.еркальных поверхностей, и может быть использовано для конт- роля качества изготовления зеркал с высокой отражательной способностью.

Цель изобретения - повьппение точности измерений коэффициента зеркального отражения исследуемой поверх- ности,

На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг,2 -.фотодетектор, конструктивная реализация.

Оптическая схема устройства содержит (фиг,1 ) источник 1 светового монохроматического излучения, коллими- рующую систему 2, входную регулируемую щель 3, фотодетектор 4 и иссле- дуемый образец 5. В качестве источника 1 могут быть использованы как монохроматоры, так и оптические квантовые генераторы. Параллельность входного светового потока достигает- ся при помощи коллимирующей .системы 2, установленной после источника излучения. Входная щель 3 обеспечивает выделение из суммарного пучка необходимой величины светового пото- ка и с этой целью выполнена с возможностью регулирования,

Конструктивная реализация фотодетектора 4 показана схематически в разрезе на фиг.2, К металлическому основанию 6, служащему одним общим электродом, припаивается пластинка 7 монокристалла кремния п-типа, Наруж - ная поверхность пластинки покрывается защитным слоем 8 SiO., в котором для осуществления частичного отражения светового луча от внешней поверхности элемента протравливаются сквозные окна. Прогрев заготовки в атмосфере газа, Содержащего, соединения . бора, позволяют создать диффузионный слой 9 p-Si на. который напыляется электрод 10 из золота или алюминия, Используя разнообразные по форме шаблоны для протравки сквозных окон 10 в защитном просветляющем слое SiO, можно получить фотодетекторы с несколькими регистрирующими элементами.

Регистрирующая система 1I фотодетектора, применяемого в предлага- емом устройстве, принципиально не отличается от регистрирующей системы любого другого вентильного фотоэлемента, работающего в фотогальваниче-;

ском режиме. Рабочим регистрирующим параметром каждого фотоэлемента детектора, служит ток, протекающий в цепи нагрузки при освещении р-п-пе- рехода (слой 7 и 9 на фиг,2). Для измерения тока можно использовать N токоизмерительных приборов (N-коли- чество рабочих элементов фотодетектора) или один прибор, который последовательно подключается к каждому фотоэлементу. Техническое рещение данной задачи несложно и принципиального значения не имеет.

Исследуемый образец 5 (фиг,1 устанавливается на некотором расстоянии 2 от фотоприемника 4. Таким образом между отражающей рабочей поверхностью фотодетектора и исследуемой поверхностью образца создается пространство многократных отражений светового луча. Линейные размеры рабочих элементов фотодетектора 4 при данном угле падения светового луча подобраны таким образом, что свето-- вой луч, сканируя пространство многократных отражений, каждый раз отражается только от центральной части каждого регистрирующего элемента фотодетектора, что предполагает выполнение некоторого геометрического соотношения между элементами оптической схемы устройства. Оптимальный режим работы предлагаемого устройства соответствует коэффициенту отражения рабочей поверхности каждого фотоэлемента R 50%. При этом элемент регистрирует половину падающего на него светового потока, а вторая половина направляется на исследуемую поверхность. Такая отражающая способность может быть достигнута при высоком классе обработки рабочей поверхности или путем применения металлических отражающих покрытий. Нижний предел отражающей способности R определяется условиями и качеством обработки поверхности. Добиться значения R 30-40% практически несложно как при ручной, так и при механической шлифовке и полировке отражающего слоя. Значение R 35% выбрано с учетом того, чтобы при минимальном количестве отражений луча от фотодетектора | т.е. при двух отражениях световой ПОТОК не ослаблялся более, чем на порядок. Это обеспечивает технически приемлемый режим работы устрой- .ства даже в том случае, когда достигаемый положительный эффект минимален.

313

Устройство работает следующим образом.

Фотодетектор устанавливается па,- раллельно к плоской поверкности исследуемого образца на таком удалении от нее, что световой луч, отразившис рт первого рабочего элемента фотодетектора, последовательно проходит ряд отражений: поверхность исследуемого образца, BTopoji рабочий элемент фотодетектора, поверхность исследуемого образца, третий рабочий элемент

.фотодетектора. В устройстве использован фотодетектор с увеличеннными линейными размерами второго рабочего элемента. После отражения от первого рабочего элемента световой луч образует не менее двух последовательных отражений между поверхностью исследуемого образца и вторым рабочим эле ментом фотодетектора. Для удобства аналитического представления введем следующие обозначения: - расстояни от фотодетектора до поверхности исследуемого образца: Е расстояние между рабочими элементами фотодетектора; з линейный размер второго рабочего элемента фотодетектора; k- число отражений светового луча от второго рабочего элемента; о(- угол падения лу ча. В этом случае для нормальной работы устройства необходимо выполнени соотношения fj Для

расчета интегрального коэффициента зеркального отражения исследуемого образца Rgg используются только величины световой энергии, поглощенные при отражении-луча от первого п и третьего п, рабочих элементов фотодетектора. Формула для R, с уч етом k отражений светового луча от второго рабочего элемента фотодетектора преобразуется к виду

1Г

R

ЗС

R

где R - коэффициент зеркального от- . ражения каждого рабочего элемента фотодетектора.

При повышении числа отражений све-50 тового луча от второго рабочего элемента фотодетектора точность определения интегрального коэффициента зер14

кального отражения возрастает. Максимально допустимое значение k ограничено техническими возможностями фотодетектора. В, разнообразных устройствах лазерной техники применяются зеркала с высокой отражательной способностью (R - 1,00) и это дает возможность получить до десяти отражений луча от второго рабочего элемента фотодетектора.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее последовательно установленные нэ геометрической оси источник светового излучения, коллимирующую систему и входную щель, фотодетектор, оптиче ски связанный с источником светового излучения через измеряемый образец, а также регистрирующую систему, соединенную с фотодетектором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет учета вариации коэффициента зеркального отражения вдоль исследуемого образца, фотодетектор -содержит N одинаковых независимых рабочих элементов, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга, -соединен- ных с регистрирующей системой 1i выполненных с одинаковым коэффициентом отражения от 35 до 50%, и установлен параллельно поверхности измеряемого образца, причем геометрические параметры устройства удовлетвор51ют соотношению

1

I + 2

2 tgoi

где - расстояние от фотодетектора до поверхности измеряемого образца;

2 - линейные размеры рабочих элементов фотодетектора;

F2. расстояние между рабочими элементами;

0 - угол между геометрической осью и нормалью к поверхности первого элемента фотодетектора.

If -

llM

Фиг.2

Изобретение относится к прикладной оптике, в частности к приборам для исследования зеркальнь1Х поверхностей, и может использоваться при контроле и изготовлении зеркал с высокой отражающей способностью. Цель изобретения - повьппение точности измерений. Суть изобретения зак.-- лючается в формировании пространства многократных отражений между исследуемой поверхностью и рабочими элементами специально выполненного фото- детектора, содержащего N одинаковых и подобных по геометрическим характеристикам и расстоянию между ними элементов . Все рабочие элементы подключены к измерительной схеме. Устройство позволяет измерять как интегральный коэффициент отражения зеркала, так и вариации коэффициента отражения вдоль исследуемой поверхности, 2 ил. (Л 00 о со 00