Интерференционный способ измерения термических изменений показателя преломления стекол и кристаллов и прибор для его осуществления Советский патент 1962 года по МПК G01N21/45 G01B9/02 

Измерения температурных изменений показателей преломления стекол и кристаллов по известному способу производятся лишь визуально, требуют длительного времени и не отличаются достаточной точностью. Предлагаемый способ не имеет указанных недостатков и отличается применением многоканальной фоторегистрации целого ряда движущихся систем интерференционных полос, которые образуются от оптического термометра и образцов на «преломление и «расширение при освещении их монохроматическим светом, содержащим несколько иитенсивных линий, и воздействии температурных изменений печи или криостата. Известные приборы, с помощью которых производятся измерения температурных изменений показателей преломления стекол и кристаллов, не позволяют в одном опыте получить данные для нескольких длин волн, а также одновременно измерять коэффициент расщирения и показатель преломления.

S приборе, предложенном для осуществления указанного способа измерения, с целью одновременного получения данных для многих длин волн, на пути параллельного пучка, образующего интерференционное поле образца на «преломление, установлена спектральная призма, которая дает в соответствии с длинами волн используемого монохроматического источника, несколько систем полос, проектируемых одновременно с системами полос от оптического термометра и образца на «расщирение в интерференционное поле фотокамеры.

Для возможности многоканальной фоторегистрации интерференционных полос, движущихся в сложном интерференционном поле, совмещенном со светочувствительной лентой, помещен экран с узкими щелями, которые вырезают в соответствующих местах сложного интерференционного поля узкие участки, экспонируемые на фотослой, отчего на

№ 144304-2движущейся фотоленте образуются примыкающие друг к другу каналы фоторегистрации.

На фиг. 1 показан элемент с образцами исследуемого способа; на фиг. 2-принципиальная оптическая схема прибора.

Предлагаемый способ и прибор позволяют автоматически регистрировать одновременно с температурой при охлаждении или нагревании все данные, необходимые для определения приращения значения показателя преломления стекла для данной температуры нагрева образца.

Согласно предлагаемому способу измерения подвергаемый температурному воздействию в криостате или печи элемент содержит клиновидную кварцевую пластину 1, выполненную так, что при соответствующем освещении от обеих поверхностей клина можно наблюдать на участке А интерференционные полосы равной толщины. Кварцевая пластина /, являясь базой для двух других образцов, одновременно является интерференционным термометром. Пластина 2-образец исследуемого стекла на «преломление, а пластина 3 - образец исследуемого стекла ка «расщирение. Пластина 2 стекла имеет клиновидную форму и при соответствующем освещении также позволяет получать от обеих плоскостей полосы равной толщины. Пластина 3 по виду представляет двухсторонний треножник, установленный между кварцевыми пластинами /, 4, и выполнен так, что опорные плоскости пластин /, 4 также образуют интерференционные полосы равной толщины. Следовательно, описываемый элемент представляет комбинации из трех интерферометров ФИЗО. При соответствующем температурном воздействии на элемент можно наблюдать движение полос во всех трех интерферометрах. Между температурным линейным расщирением образца стекла и изменением его показателя преломления в процессе температурного воздействия существует определенная зависимость, которая в условиях вакуума выражается следующей формулой.

„KS f-filS f

an-f(

где k Y --отношение длины образца на «расширение к

длине образца на «преломление ; Szf - увеличение числа порядков полос при нагревании образца на

«преломление до данной температуры t; - увеличение числа порядков полос при нагревании образца на

«расщирение до данной температуры t;

щ - - коэффициент преломления стекла при нормальной температуре 20° (табличный);

Л - толщина образца на «расширение при температуре 20°, выраженная числом полос данной длины К.

При нагреве образцов в обычной печи необходимо учитывать поправку на показатель преломления воздуха, связанную с изменением температуры и внешнего давления. Если с помощью соответствующей оптической систе.мы можно было бы регистрировать в процессе температурного воздействия изменение порядков полос во всех трех интерферо -1етрах, то без труда возможно определение приращения значения показателя преломления . Так как процесс нагревания образца производят очень медленно, то продолжительность одного измерения длится шогда десятки часов, поэтому желательно регистрацию изменения порядков образца на «преломление производить одновременно для нескольких длин волн л. Это тем более целесообразно, что значения приN,+S,f

ращения преломления для разных л будут определяться в одинаковых условиях.

Описанный ранее элемент, состоящий из пластин 1, 2, 3 и 4, устанавливается на столе (на схеме не показан) таким образом, чтобы верхняя плоскость кварцевой пластины / располагалась в фокальной плоскости объектива 5. Призма 6 полного внутреннего отражения слул ит для излома хода лучей- С другой стороны объектива 5, также в его фокальной плоскости, устанавливается ирис-диафрагма 7. Источник монохроматического света 8, имеющий несколько линий точно известных длин волн (например, кадмиевая, ртутная или гейслерова лампа) изображается конденсором 9 на ирис-диафрагму 7 в плоскость последней. Полупрозрачная пластинка 10 направляет пучок света на объектив 5. Благодаря этому на столик прибора будет падать параллельный пучок лучей. Объектив //, установленный вблизи ирис-диафрагмы 12, дает в своей фокальной плоскости, совпадающей с коллектором 13, изображения трех систем интерференционных полос, т. е. от термометра и образцов на «преломление и «расширение. Это интерференционное поле с помощью двух ромбических призм 14 и 15, а также зеркал 16 и J7 делится на три части. Центральная часть интерференционного поля (от образца на «преломление), ограниченная симметрично щелью 18, проектируется объективом 19 в бесконечность. Два других участка интерференционного поля проектируются в бесконечность соответственно объективами 20 и 21. Следовательно, образуются три ветви. В параллельном ходе каждой из ветвей устанавливаются призмы Дове 22, 23 и 24, служащие для вращения интерференционных полос. В средней ветви после призмы Дове 24 устанавливается спектральная призма 25 пря.мого видения, которая в случае необходимости может удаляться из хода пучка. В верхней и нижней ветвях можно устанавливать либо соответствующие светофильтры 26, либо также спектральные призмы прямого видения.

Объектив 27, установленный в ветви на «преломление, дает в своей фокальной плоскости несколько систем интерференционных полос в зависимости от числа линий у источника света 8, которые в Зависимости от длины волны Я источника, спектральной силы призмы 25 и фокусного расстояния объектива 27 будут отстоять друг от друга дальше или ближе.

Объективы 25 и 2.9 с помощью ромбических призм 30 и 31 дают зoбpaжeния участков интерференционного поля в своих фокальных плоскостях, совпадающих с фокальной плоскостью объектива 27.

Таким образом, в общем фокальном поле изображения можно вичуально наблюдать в окуляр 32 интерференционное поле, состоящее, например, для кадмиевой лампы из шести систем полос: четыре на «преломление, оптический термометр и образец на «расширение.

Одновременное визуальное наблюдение столь большого числа систем полос невозможно при длительности процесса исследования в течение десятков часов. Поэтому в приборе предусмотрена фотографическая регистрация движения интерференционных полос. Происходит это следующим образом. Фокальное поле совмещают со светочувствительным слоем фотопленки. Интерференционные полосы располагаются и движутся при нагревании образцов перпендикулярно движению пленки. Чтобы полосы не накладывались друг на друга, перед фотослоем устанавливается маска 33, состоящая из коротких узких шелей, каждая из которых располагается на своей системе интерференционных полос. Таким образом, при одновременном движении систем полос поперек фильма и движении фильма, на последнем образуется дорожек, фиксирующих смещение соответствующих систем полос. Печь или

-3 -jYo 144304

Ло 144304-4криостат, в KOTopoiM устанавливаются исследуемые образцы (не показаны на фиг. 2), перекрывается кварцевым или теплозащитным наклонно расположенным стеклом 34. Прибор снабжается вспомогательной зрительной трубой В, состоящей из объектива 35, сетки 36 и окуляра 37, а также лупы С, которые п-озволяют вести регулировку прибора. По окончании регулировки зеркало 38 и лупа С уводятся из хода пучков лучей. Для наблюдения в процессе регистрации за интерференционным полем образца на «расширение служат призмы 39, 40 и зрительная труба, состоящая из объектива 41, окуляра 42, сетки 43 и затвора 44. Для получения линий-щелей, связывающих регистрируемые процессы в каждом канале, служит лампа 45, мгновенно включаемая через определенные интервалы времени специальными электрочасами. Поляроиды 46, 47 включаются в случае необходимости для особых работ, связанных с термоизменениями свойств криссталов. Поворотная регулируемая щель 48 совместно с диафрагмой 12 позволяет обрезать вредные блики для получения более контрастной интерференционной картины.

В результате применения фоторегистрации для контроля термооптических постоянных в схеме исследователь освобождается от непрерывных наблюдений через окуляр прибора, в несколько раз сокращается продолжительность испытаний и обеспечивается идентичность условий измерения для расширения и всех длин волн.

Предмет изобретения

1. Интерференционный способ измерения термических изменений показателя преломления стекол и кристаллов, отличающийся тем, что, с-целью одновременного получения результатов для ряда длин волн, увеличения точности и ускорения процесса измерения, применена многоканальная фоторегистрация целого ряда движущихся систем интерференционных полос, образованных от оптического термометра и образцоБ на «преломление и «расширение, подвергнутых воздействию температурных изменений и освещаемых монохроматическим светом, содержащим несколько интенсивных линий.

2.-Прибор для осуществления .способа по п. 1, отличающийся тем,.что,.с целью одновременного получения данных для многих длин волн, на пути параллельного пучка, образующего интерференционное поле образца на «преломление, установлена спектральная призма, обеспе 1ивающая получение в соответствии с длинами волн используемого монохроматического источника света нескольких систем полос, которые одчовр-е-менно ic системами полос от оптического термометра и образца на «расширение проектируются в интерференционное поле фотокамеры. .:;3. .Прибор для осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что, с целью многоканальной фоторегистрации движущихся интерферен-ционных полос в сложном интерференционном поле, совмещенном со светочувствительной лентой, помещен экран с узкими щелями, которые-вырезают в соответствующих местах интерференционного поля узкие участки, экспонируемые на фотослой.

Фиг 2