Рефрактометр-спектрометр Советский патент 1990 года по МПК G01N21/41 

t

(21)4407678/31-25

(22)12.04.88

(46) 07.06.90. Бюл. Р 21

(71)Ленинградский институт точной механики и оптики

(72)Н.ПоБелов, И.Г.Бронштейн, Н.Л.Герасимова, В.Т Прокопенко и А.Д.Яськов

(53)535.024 (OJM.8)

(56)Яабудский И.П. и др. Инфракрасный гониометрический рефрактометр ГСИ. ОМП, КЧО, 1973, с. 31-34.

Bond W3L, Measurenent of the refractive induces of several crusts Is. - J. Appl. Phus, v. 36, N 5, 1965, p. If 74-l677.

(54)РЕФРАКТОМЕТР-СПЕКТРОМЕТР

(57)Изобретение относится к технике оптических измерений в инфракрасной области спектра и может найти применение как в научном приборостроении и лабораторных исследованиях, так и в оптическом производстве для аттестации оптических материалов, например, в тех случаях, когда в распоряжении исследователя имеется ограниченное количпство вещества.Целью изобретения является расширение класса исследуемых образцов на образцы

с малыми геометрическими размерами

при сохранении точности измерений. Рефрактометр-спектрометр наименьшего отклонения содержит расположенные последовательно осветитель.монохрома- тор, коллиматор, столик для установки образца-призмы с отсчетным угло- измерительным устройством, зрительную трубу и блок регистрации лучистого потока. Причем входная и выходная щели коллиматора и зрительной трубы сопряжены как коллиматор,так и зрительная труба выполнены в виде пары цилиндрических зеркал, образующие которых расположены взаимно перпендикулярно. Образующие первого по ходу излучения зеркала коллиматора и второго по ходу излучения зеркала зрительной трубы расположены в меридиональной плоскости, а образующие второго ло ходу излучения зеркала коллиматора и первого по ходу излучения зеркала зрительной трубы расположены в сагиттальной плоскости. Причем входная и выходная щели коллиматора и зрительной трубы расположены в фокальной плоскости зеркала с образующей в меридиональной плоскости и на двойном фокусном расстоянии по отношению к зеркалу с образующей в сагиттальной плоскости.3 ил.

(Л

ел

& ;о со

Изобретение относится к технике оптических измерений в инфракрасной области спектра и может найти применение как в научном приборостроении и лабораторных исследованиях, так и в оптическом производстве для аттестации оптических материалов, например, в тех случаях, когда в распоряжении исследователя имеется ограниченное количество вещества. Целью изобретения является расширение класса исследуемых образцов на образцы с малыми геометрическими размерами при сохранении точности измерений. Рефрактометр-спектрометр наименьшего отклонения содержит расположенные последовательно осветитель, монохроматор, коллиматор, столик для установки образца-призмы с отсчетным углоизмерительным устройством, зрительную трубу и блок регистрации лучистого потока. Причем входная и выходная щели коллиматора и зрительной трубы сопряжены, как коллиматор, так и зрительная труба выполнены в виде пары цилиндрических зеркал, образующие которых расположены взаимно перпендикулярно. Образующие первого по ходу излучения зеркала коллиматора и второго по ходу излучения зеркала зрительной трубы расположены в меридианальной плоскости, а образующие второго по ходу излучения зеркала коллиматора и первого по ходу излучения зеркала зрительной трубы расположены в сагиттальной плоскости. Причем входная и выходная щели коллиматора и зрительной трубы расположены в фокальной плоскости зеркала с образующей в меридианальной плоскости и на двойном фокусном расстоянии по отношению к зеркалу с образующей в сагиттальной плоскости.

Изобретение относится к технике оптических измерений в инфракрасной области спектра и может найти применение как в научном приборостроении и лабораторных исследованиях,так и в оптическом производстве для аттестации оптических матерналов,например, в тех случаях, когда в распоряжении исследователя имеется ограниченное количество вещества.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых образцов

на образцы с малыми размерами при сохранении точности измерений.

На фиг.1 изображена функциональная схема рефрактометра; на фиг.2 - ход лучей коллиматора в плоскости, перпендикулярной его щелям; на фиг.З то же, в плоскости, параллельной его щелям.

Рефрактометр-спектрометр содержит расположенные последовательно осветитель 1, монохроматор 2, коллиматор 3, столик 4 для установки образца-призмы, зрительную трубу 5 и блок 6 регистрации лучистого потока,

В состав осветителя 1 входят источник 7 света, сферическое зеркало 8, формирующее изображение рабочей области глобара на входной щели моно- хроматора 2 с малым увеличением,моду- лятор 9 и фильтр 10.

В составе рефрактометра используется серийный дифракционный монохроматор 2, включающий плоские зеркала 1 1 и 12, внеосевые параболоиды 13 и 14 и дифракционную решетку 15.

Коллиматор 3 и зрительная труба 5 построены по схеме, показанной на фиг.2. Входной щелью коллиматора 3 является выходная щель монохроматора 2. Цилиндрические зеркала 16 и 17 имеют образующую в плоскости,параллельной щелям коллиматора и зрительной трубы, цилиндрические зеркала 18 и 19 имеют образующую в перпен- дикулярной этим щелям плоскости.Входная щель коллиматора, которой является выходная щель монохроматора, а также выходная щель зрительной трубы расположены в фокальной плоскости зеркал 16 и 17, параллельной щелям коллиматора и зрительной трубы, на двойном фокусном расстоянии по отношению к зеркалам 18 и 19.

Инверсионно-симметричное располо- жение оптических элементов коллиматора и зрительной трубы относительно оси вращения образца-призмы позволяет (за счет вычитания аберраций) сформировать более качественное изоб ражение входной щели коллиматора на выходе зрительной трубы,

В блоке 6 регистрации потока излучения изображение выходной щели зрительной трубы эллиптическим 20 и плоским 21 зеркалами переносится с уменьшением на приемную площадку оптко-акустического приемника 22 излучений. Выходной сигнал, используемый

при выполнении углоизмерительных операции, снимают с селективного усилителя 23.

Рефрактометр работает следующим образом.

Осветитель 1 и монохромптор 2 формируют излучение заданного спектрального состава, которое освещает образец-призму 24. Коллиматор 3 обеспечивает концентрацию излучения в плоскости, параллельной щелям коллиматора и зрительной трубы, и параллельного пучка в плоскости, перпендикулярной этим щелям. Так как цилиндрическое зеркало 19 в плоскости, перпендикулярной щелям коллиматора и зрительной трубы, эквивалентно пло-скому зер- калу, то характер хода лучей в этой плоскости не влияет на измерения,Цилиндрическое зеркало 16 переносит изображение входной щели коллиматора на бесконечность и в плоскости,, перпендикулярной щелям коллиматора и зрительной трубы, где происходит отклонение световых лучей в образце- призме и прозводятся углоизмеритель- чые операции, призма работает в параллельном пучке света.

В плоскости, параллельной щелям коллиматора и зрительной трубы,цилиндрическое зеркало 16 эквивалентно плоскому о Поэтому входная щель переносится на образец с увеличением 1 , и высота освещенной области на образце-призме в первом приближении совпадает с вертикальным размером входной щели. Благодаря использованию цилиндрического зеркала 18 достигается концентрация потока излучения на образце-призме за счет сжатия пучка света в параллельной щелям коллиматора и зрительной трубы -плоскости.

В составе зрительной трубы цилинд- рические зеркала 17 и 19 с образующими в перпендикулярной и параллельной щелям коллиматора и зрительной трубы плоскостях, эквивалентные и расположенные эквивалентно по отношению к зеркалам 16 и 18 соответственно коллиматора, восстанавливают изображение входной щели в плоскости выходной щели, Прошедшее над и под призмой 24 излучение регистрируется блоком 6 регистрпции излучения.Зрительная труб,) 5 восстанавливает изображение входной пели, станавли- вая причму под углом наименьшего отк51

лонения (путем разворота столика), определяют (путем разворота зрительной трубы) в этом положении углы, под которыми наблюдается входная цель, в падающем на призму и преломленном в ней излуяении. По разности этих углов Cf и преломляющему углу А призмы определяют показатель преломления п призмы расчетным путем

n sin -j- (if+ A)/sin -I- A.

Поставленная цель достигается за счет того, что для указанных геометрических конфигураций зеркал коллиматора и зрительной трубы, их взаимного расположения, а также расположения относительно входной щели кол- лиматора и выходной щели зрительной трубы в плоскости, перпендикулярной щелям коллиматора и зрительной трубы, образец-призма расположен в параллельном пучке света. В плоскости, параллельной этим щелям,входная щель передается с линейным увеличением 1.При этом линейный размер освещенной области в плоскости, параллельной щелям коллиматора и зри- тельной трубы, меньше соответствующего размера в плоскости, перпендикулярной этим щелям. Так как в положении наименьшего отклонения ребро основания образца призмы должно пол- ностью перекрывать только размер освещенной области в плоскости,перпендикулярной щелям коллиматора и зрительной трубы (в противном случае резко возрастает ошибка, определяв- мая дисперсией показателя преломления), высота призмы может быть сокращена при сохранении общего уровня освещенности В то же время в известных оптических схемах коллиматоров и зрительных труб гониометрических рефрактометров, где в плоскостях,параллельной и перпендикулярной щелям коллиматопа и зрительной трубы,размеры освещенной области в первом приб- лижении совпадают (без учета конечных геометрических размеров входной щели), такое ограничение высоты неосуществимо без снижения уровня освещенности на выходе зрительной трубы.

Таким образом, при прочих равных условиях и сохранении всех метрологических возможностей (в плоскости, перпендикулярной целям коллиматора и зрительной трубы, образец располагается в параллельном пучке света) рефрактометр-спектрометр позволяет проводить измерения на образцах-призмах, высота (ребро, образованное преломляющими гранями) у которых принципиально меньше чем у известных Предлагаемый рефрактометр обеспечивает определение показателя преломления света в полупроводниковых оптических материалах в области спектра fl - .1 -V 16 мкм с погрешностью не хуже &n « ± 0,0001 при уровне остаточного поглощения (0,5 5) на образцах с размерами 20 х 20 мм.

Формула изобретения

Рефрактометр-спектрометр,содержащий осветитель и расположенные последовательно по ходу излучения монохрома тор, коллиматор, столик для установки образца с отсчетным углоизме- рительным устройством, зрительную трубу и блок регистрации лучистого потока, причем входная щель коллиматора и выходная щель зрительной трубы оптически сопряжены, о т л и - . чающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых образцов на образцы с меньшими размерами при сохранении точности измерений, коллиматор и зрительная труба выполнены каждый в виде пары цилиндрических зеркал, образующие которых расположены взаимно перпендикулярно, причем образующие первого по ходу излучения зеркала коллиматора и второго по ходу излучения зеркала зрительной трубы параллельны щелям коллиматора и зрительной трубы, а образующие второго по ходу излучения зеркала коллиматора и первого по ходу излучения зеркала зрительной трубы перпендикулярны этим щелям, входная щель коллиматора и выходная щель зрительной трубы расположены в фокальных плоскостях зеркал с образующими параллельными щелям и на двойном фокусном расстоянии по отношению к зеркалам с образующими, перпендикулярными щелям коллиматора и зрительной трубы.

О.Головач

Фиг.Э

Составитель С.Голубев Техред М.Ходанич

19

Корректор О.Ципле