Способ измерения фотоупругих постоянных изотропных оптических материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N21/41 

(Я

с

Изобретение относится к акусто- оптике и может использоваться при определении физических характеристик новых акустооптических материалов и при разработке устройств, использующих оптические элементы с искусственной анизотропией. Цель изобретения - упрощение способа измерения фотоупругих постоянных оптических материалов посредством приложения одноосного напряжения к образцу, изготовленному в форме прямой треугольной призмы. 2 ил. с S

4

О 4

СО

о

00

Изобретение относится к акустооп- тике и может использоваться, в частности, при определении физических ха рактеристик новых акустических материалов и исследовании оптических эле ментов, использующих искусственную анизотропию прозрачных материалов.

Целью изобретения является упрощение способа

На фиг.1 представлена оптическая схема экспериментальной установки; на фиг.2 - схема нагружающего устройства

Устройство для осуществления спо- соба измерения фотоупругих постоянных изотропных оптических образцов I состоит из монохроматического источника 2 света, поворотного зеркала 3, четвертьволновой пластинки 4,коллимато- ра 5, поворотного стола 6, поляризатора 7, зрительной трубы 8, источника 9 питания, милливольтметра 10,упругого кольца 11, жесткой рамы 12, нагружающего винта 13, тензорезисто- ров 14, шаровой опоры 15, плоских и параллельных лысок 16, держателей 17 образца 1 о

Способ осуществляют спецуюпщм образом.

Образец из исследуемого материала в виде прямой треугольной призмы устанавливают в устройство нагружения так чтобы ось нагружения проходила через центр основания образца Устройство нагружения помещают на поворотный - . стол гониометра. Величину показателя преломления (ПП) напряженного образца определяют по углу выхода луча из образца Величину усилия, с которым сжимают образец, определяют по величине разбаланса напряжения моста сопротивлений на кольцевом датчике механических усилий, вставленного в цепь нагружения образца После каждого нагружения восстанавливают автоколлимационное изображение перекрестия окуляра зрительной трубы от действующих граней призмыо Измерение ПП материала образца проводят для света, поляризованного параллельно и перпендику лярно оси нагружения образца. Постоянные фотоупругости Cj и Cj материала образца определяют по формуле

-

U1. ,i /

где U п, , дп,, - изменения показателя преломления образца, наведенные одноосным механическим напряжением

5

10

}52025

3Q

, ; 40

50

55

для поляризованного параллельно и перпендикулярно оси нагрзтаения луча света соответственно;

Сз - величина механического напряжения о

Способ осуществляют следующим образом о

Измеряют фотоупругие постоянные кварцевого стекла на образце, вырезанном в форме правильной треугольной призмы, К изготовлению образцов предъявляют следующие требования: размеры высоты призмы и стороны треугольника 10 ±0,5 мм; плоскостность граней N 1,5; &N 0,5; пирамидаль- ность 1Г i. 10; взаимная параллельность оснований не хуже 10 ; класс чисто - ты граней - III, класс чистоты оснований призмы - rVo Показатель преломления материала призмы п измеряют с точностью не хуже 3-10 . Измерения вьтолняются при помощи гониометра- спектрометра ГС-5о Луч He-Ne лазера, пройдя четвертьволновую пластинку с главньми направлениями, расположенными под углом 45 к плоскости поляризации луча, освещает щель коллиматора шириной 200 мкм. Измерение ПП нагруженного образца проводят по методу наименьшего отклонения для обыкновенного и необыкновенного луча, что обеспечивается соответствующим поворотом поляризатора. Датчик механических усилий состоит из металлического кольца, изготовленного из стали и наклеенных на него двух фольговых тензорезисто ров типа 1ФКТК. Тензоре- зисторы включены через пассивные тен- зорезисторы- в смежные плечи моста сопротивлений и являются одновременно термокомпенсированными. Напряжение разбаланса тензомоста подается на цифровой комбинированный прибор Тензоэлемент калибруется с помощью образцового динамометра на гидравлическом прессе. Нагружение Образца проводится с шагом 50 кг до величины напряжения в образце 0,116 ГПа. Усилие, передаваемое на образец, опре- деляе гся по величине напряжения разбаланса тензомоста

и и, - Uo,

где и5, - напряжение разбаланса тензомоста ненагруженного тен- зозлемента;

и - напряжение разбаланса тензомоста нагруженного тен- зозлемента

Фотоупругие постоянные материала образца определяются по указанной формуле,

Сущность изобретения заключается в следующем.

Ход луча в измеряемой призме зависит от показателя преломления (ПП) материала призмы для данной длины волны света, преломляющего угла призмы, угла падения луча на входную грань призмы, но не зависит от размеров призмы. Если призма изготовлена из изотропного по упругим свойствам материала, во время одноосного сжатия (растяжения) ее по параллельным основаниям главное сечение призмы будет оставаться подобным самому себе. Это значит, что изменение поперечных размеров (размеров в плоское- ти главного сечения) призмы не оказывает влияние на результат измерения ПП исследуемого материала. Из этого следует, что измерение изменения оптического пути луча при прохождении через образец проводится без погружения его в кювету с иммерсией.

При нагружении образца по основа™ ниям до величины порядка 0,1 ГПа возможен уход образца из положения, когца направление распространения света перпендикулярно ребру преломляющего угла призмыо Восстановление автоколлимационного изображения перекрестия зрительной трубы от двух действующих граней призмы при повороте.столика гониометра, на котором находится сжимающее устройство с образцом, легко получается вращением соответствующих винтов наклона столика.

Сдвиг образца вместе с сжимающим устройством в плоскости распространения луча -не влияет на результат измерений, пока луч имеет возможность проходить сквозь образец, В случае, если допущена неточная установка образца в цепь нагружения и наряду со сжатием образца происходит его изгиб, это сразу обнаруживается по исчезновению автоколлимационного .изображения перекрестия окуляра от входной (выходной) грани образца в зрительной трубе гониометра. Таким образом, при предлагаемом способе измерений упрощается методика, устра0

няются ощибки измерений, связанные с -нагружением образца.

При измерениях температура образца изменяется не более, чем на 0,5 , что приводит к изменению ПП для различных стекол на величину (1 - 5) х X 10 . Это намного меньше изменения величины ПП образца вследствие его сжатия. При использовании в качестве угломерного прибора гониометра ГС-5 и прикладьшаемых к образцу напряжений (J 20-10 Н/м точность измерения С,7. для кварцевого стекла составg ляет 5%. Точность измерений можно повысить, применяя большие напряжения и угломерные приборы более высокого класса точности. Способ может быть применен также для измерения

Q пьезооптических постоянных кристаллов о Для этого необходимо вырезать из них прямые треугольные призмы, ориентированные определенным образом. Способ можно использовать для из

5 меоения С i.-z. не ниже, чем С ,,2 0,2 IO MVH. Верхний предел величины С (2 не ограничен. Нкжний предел измерения ограничен величиной максимального, прикладываемого одно0 осного напряжения G И/ м,

Формула изобретения

Способ измерения фотоупругих постоянных изотропных оптических мате5 риалов, включающий определение изменений показателя преломления исследуемого материала, наведенных приложенным к образцу исследуемого материала одноосным механическим напря0 жением С соответственно для поляризованного параллельно & п и перпендикулярно Лп оси нагружения луча света, и определение соответ- ствующих направлениям поляризации

5 фотоупругих постоянных С, и Cj по формуле

CM ЛП,,,, /G,

отличающийся тем, ч.то, с целью упрощения способа, определение изменений показателя преломления производят путем измерения отклонения луча света, прошедшего через образец исследуемого материала, выполненный в виде прямой треугольной призмы.

0

5