Способ определения показателя преломления прозрачных сред Советский патент 1990 года по МПК G01N21/45 

Изобретение .относится к технической физике и может быть использовано для измерения показателя преломления прозрачных сред, преимущественно твердых высокопреломляющих материалов, и для определения толщины плоскопараллельных пластинок.

Цель изобретения - упрощение измерений при сохранении их точности благодаря обеспечению дополнительной возможности определения толщины исследуемой пластины.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ.

Устройство содержит монохроматический источник 1 света с фиксированной длиной волны, осветительную систему 2, диафрагму 3 в виде экрана с двумя точечными отверстиями, коллиматор 4, за которым расположен исследуемый образец 5, оптическую систему 6, строящую изображение выходной плоскости исследуемого образца 5 в плоскости анализирующей диафрагмы 7, фотоприемник 8, блок 9 обработки информации, датчик 10 угловых положений образца, двигатель 11, поворачивающий образец и ЭВМ 12.

Способ осуществляется следующим образом.

Свет от монохроматического источника 1 с помощью осветительной системы 2 направляется на диафрагму 3, представляющую собой экран с двумя точечными отверстиями. Коллиматор 4, в фокусе которого расположена диафрагма 3, формирует две плоские волны под углом б одна к другой, освеСЛ

ел

о

00

sl

оо

3 1550

щающие исследуемый образец 5, Оптическая система 6 формирует интерференционную картину в плоскости анализирующей диафрагмы 7, которая выделя- ет малый участок интерферограммы.

Электрический сигнал с фотоприемника 8 поступает в блок 9 обработки информации, выход которого соединен с ЭВМ 12. Исследуемый образец плавно поворачивается с помощью двигателя 11. В приводе наклона образца имеется датчик 10 угловых положений, информация с которого поступает в блок 9 обработки информации. С выхода этого блока информация об изменении порядка интерференции и текущем угле поворота образца вводится в ЭВМ 12, которая вычисляет показатель преломления п и толщину исследуемого образца.

Для определения значений показателя преломления в различных областях образца, вместо диафрагмы 7 и фотоприемника 8 устанавливают матрицу фотоприемников, определяют изменение порядка интерференции одновременно в различных точках интерферограммы, вводят эти значения в ЭВМ 12, которая для каждой анализируемой точки определяет свой показатель преломления. Таким образом, возможно осуществлять контроль однородности образцов.

Рассмотрим произвольную точку S плоскости изображения. Обозначим через , , Ф, произвольные поверхности постоянной фазы 1-й волны до и после прохождения через исследуемый образец соответственно. Ё общем.случае образе может быть развернут на какой-то угол oia относительно 1-й волны. Тогда от поверхности до поверхности ф& оптическая длина пути равна Р( - Р, .

Пусть оптическая длина пути от по верхности Ф, до точки S равна С19 тогда оптическая длина пути от поверх ности Ф, до точки S равна

Pis-, -,+С4.(1)

Обозначим через Р, ,2. произволь- ные поверхности постоянной фазы вол- ны, распространяющейся под углом # по отношению-к первой волне, до и после прохождения йерез исследуемый образец соответственно.1 Для этой волны оптическая длина пути от поверхности (Ј до точки S равна

(2)

с

з

Q

5

где С, - оптическая длина пути от

st t

поверхности Ф„ до точки S. Тогда разность хода в точке S равна

,-, О)

где N0 - порядок интерференционной картины в точке S при начальном положении образца. После разворота образца на угол сЈ; оптические длины путей волн от поверхностей , и Ф до той же точки S изменяются. После прохождения через образец в данных плоскостях, в которых оптическая длина пути была Ф и Фг, она становится равной ф и Величины C и С остаются прежними. Следовательно, разность хода в точке S равна

+ P..-N.-A. (4 где N; - порядок интерференционной

картины в точке S при развороте образца на угол Ы.( . Разность хода в точке S плоскости регистрации изменяется на величину

5((ф2-Ф;)-(;- р;)лы,(5)

где AN; - изменение порядка в точке S при развороте образца, т.е. число интерференционных полос, пробежавших через точку S при развороте образца на угол (od;-« „). Таким образом, изменение порядка интерференции в точке S определяется лишь изменением разности фаз первой и второй волн при прохождении через исследуемый образец. Используя геометрические соотношения параметров пластины и подставив в (5) вместо (Ф г-Ф ,) и (PЈ-Pj) их значения, получают выражение

t -Jn2- sin( + Q)-V-sin2od; -sin (0+0)+-|n -sin a+cos(y ;-cos(; + +0)+cos(«si0+0)-cosoio AN1i, (6)

по которому в ЭВМ 12 рассчитываются показатель преломления п и толщина t исследуемой пластины.

Величину угла 9 выбирают, исходя из характеристик устройства, используемого для реализации способа.Этот угол должен быть таким, чтобы интерференционные полосы на сформированной интерференционной картине надежно разрешались используемой системой регистрации. При этом желательно, чтобы угол 0 был как можно больше, так как в соответствии с уравнением (6) при этом возрастает чувствительность способа. Однако цель достигается при любом угле Q , при котором формируется интерференционная картина.

Диапазон возможных углов поворота пластины определяется диапазоном углов падения волн на пластину. Например, относительно 1-й волны пластина может разворачиваться на углы в пределах от 0 до 90 -0, т.е. углы поворота пластины равны углам падения (при oi.) .

Предлагаемый способ позволяет осуществить определение показатели преломления одновременно для нескольких длин волн и в различных областях исследуемого образца, т.е. контролировать однородность образца. Способ позволяет определять как показатель преломления, так и толщину исследуемых образцов. Поэтому нет необходимости в высокоточном оборудовании для предварительного определения толщины, , отсутствуют потери времени на выполнение этой операции, не требуются операторы, обслуживающие оборудование для измерения толщины образца.

Формула изобретения

Способ определения показателя преломления прозрачных сред, включающий направление плоской монохроматической волны ft на исследуемый образец,

выполненный в виде плоскопараллельной пластины, формирование из прошедшего образец, излучения интерференционной картины, отличающий ся тем, что, с целью упрощения измерений при сохранении их точности, интерференционную картину формируют путем пропускания через пластину второй

плоской монохроматической волны fl под углом G к первой монохроматической волне, поворачивают пластину и измеряют порядок интерференции UN( на интерференционной картине при измене5 нии в результате поворота угла падения первой плоской монохроматической волны от исходного значения оЈ0 до ОС, , дополнительно поворачивают пластину и измеряют изменение поряд0 ка интерференции &N , соответствующее изменению угла падения первой плоской монохроматической волны в результате поворота пластины от исходного угла падения 0Ј0 до значения оЈ2, отлич5 ного от величины угла Ы., , причем поворот исследуемой пластины осуществляют в диапазоне углов, при которых углы падения первой волны находятся в Пределах от 0 до 90-0, а показа0 тель преломления пластины ni определяют из системы уравнений

-sin2 Cot; +eHn -sinV; - - -sin2(ot0+9)+ n4-sinV0+cosdx ;-cos(o( + 5 +0)+cos(o/0+6)-c0SoJ0 &N;fl,

где t - толщина пластины; i-1,2.

-нн

ф/

I-J

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения показателя преломления и толщины плоскопараллельных пластин, изготовленных из исследуемых сред. Цель изобретения - упрощение измерений при сохранении их точности. Через исследуемый образец пропускают две монохроматические волны, распространяющиеся под углом друг к другу, и формируют интерференционную картину. Углы падения волн на исследуемый образец плавно изменяют и определяют соответствующие изменения порядка интерференции в интересующих точках интерференционной картины. По результатам измерений составляют системы уравнений для анализируемых точек интерференционной картины, при решении которых определяют значения показателя преломления и толщин в интересующих зонах исследуемого образца. 1 ил.