Устройство для измерения изменения показателя преломления оптических материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к области оптики, акустооптики и может лсполь- зоваться при определении физических характеристик новых акустоопти- ческих материалов и исследовании оптических элементов, используюпщх искусственную анизотропию прозрачных материалов.

Цель изобретения - увеличение точ ности измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок приложения механического напряжения к . образцу.

Устройство состоит из монохроматического источника 1 неполяризованного излучения, осветительной щели 2, коллиматора 3, поворотного стола 4,. блока 5 приложения механического напряжения к образцу, зрительной трубы 6, соединенной с угломерным устройством. Блок 5 приложения механического напряжения к образцу 7 состоит из тензорезисторов 8, соединенных по схеме полного моста и наклеенных на упругое кольцо 9. винтов 10 нагружения, пары 11 клин .- шток, прокладки 12 с шарниром, шарнира 13 Гука, столика 14, ручки 15 удержания блока, электрического разъема 16 для подключения источника питания тензорезисторов и съема тока, разбаланса в измерительной диагонали тензомоста, жесткой рамы 17.

Устройство работает следующим об- разом.

Монохроматический неполяризованный свет от источника 1 проходит чео о

00

ел

о а

рез осветительную щель 2, коллиматор 3 и попадает на образец 7, к которому приложено известное одноосное механическое напряжение. Величину этого напряжения измеряют по величине разбаланса силы тока в измерительной диагонали тензомоста. Усилие от винтов 10, нагруженных через пару 11 клин - шток, прокладку 12 с шарниром упругое кольцо 9, шарнир 13 Гука пе.редается на образец 7, который устанавливается в цепь нагружения при перемещении столика 14 цо двум взаимно перпендикулярным координатам в плоскости стола 4. При помощи зри тельной трубы 6 измеряют угол минимального отклонения образцом светящейся щели для света, поляризованного параллельно и, перпендикулярно оси нагружения образца. Если в процессе нагружения произошло смещение призмы таким образом, что ребро преломляющего угла ртало не параллельно оси вращения стола, то это фиксируется по смещению изображения горизонтального штриха щели относительно креста окуляра зрительной трубы. Изменением Наклона плоскостей поворотного стола горизонтальный штрих возвращ ают в положение совпадения с крестом окуляра зрительной трубы, что соответствует установлению призмы в положение измерения. Размытие изображения горизонтального штриха диафрагмы указывает на наличие градиентов показателя преломления в объеме образца. Тогда измерения корректируются путем перемещения столика 14 по двум в заимно перпендикулярным направлениям в плоскости поворотного стола 4. При этом в ходе измерений ось нагружения призмы совмещают с точкой пересечения высот ее оснований. Угловые положения двойного изображения светящегося креста для обыкновенного и необыкновенного лучей отсчитьгоаются при нахождении призмы в положении минимального отклонения с помощью зрительной трубы, связанной с угломерным устройством.

Фотоупругие постоянные dj и С. оптического стекла рассчитываютс;я по формуле e.

i,u G

где п - показатель преломления исследуемого материала до нагружения;

п - показатели преломления исследуемого материала после нагружения для света, поляризованного парал- лельно и перпендикулярно оси нагружения соответ- ственно;

U - напряжение в поперечном ,сечении образца.

Показатели преломления материала образца рассчитывают по формуле

Х

. А б-л sin -

sin 0

0

5

0

5

где П- - показатель преломления материала образца для света с длиной волны Д ; А - преломляющий угол призмы; /j - угол минимального отклонения света с длиной волны ) образцом.

5 В конкретном варианте устройства блок приложения механического напряжения к образцу конструктивно выполнен в виде цилиндра, у которого вместо боковой поверхности имеются две штанги, жестко связывающие верхнее и нижнее основания цилиндра. На верхнем основании имеется пара .клин - шток, которая преобразует перемещение винта с ручкой в перемещение штока, направленное перпендикулярно нижнему основании. Упругое кольцо фиксируется так, что шток давит на кольцо вдоль его диаметра, при этом усилие, передаваемое на кольцо, пе- реда:ется на образец без изменений. Кольцо имеет внутренний диаметр 47 мм и внешний 60 мм, толщина кольца составляет 15 мм. По внутреннему и -внешнему диаметрам кольца клеем БФ-2 наклеены фольговые тензорезис-. . торы типа 1 ФКТК. Питание тензомоста постоянным стабилизированным напряжением величиной 9 В и съем величины тока его разбаланса осуществляются с помощью тензоусилителя типа ТОПАЗ-4-01, сигнал с которого подается на комбинированный цифровой прибор типа ЩЗОО Прокладки выполнены из закаленной стали и имеют толщину 4 мм. Блок приложения меха- 5 нического напряжения установлен на поворотном столе гониометра типа ГС-5. В качестве источника монохроматического излучения использован He-Ne

лазер с длиной волны 0,6328 мкм. Пе- ре ним имеется четвертьволновая пластика, ось которой составляет 45 . с глоСКостью колебаний электрического вектора излучения. Осветительная i4ej:b выполнена в виде двух взаимно перпендикулярных прорезей шириной 20 мкм, одна из которых ориентирована параллельно или перпендикулярно оск нагружения образца..

Устройство позволяет с высокой точностью и просто измерять фотоупругие постоянные оптических материалов, поскольку исключает из процесса измерений автоколлимационный ме- тод контроля правильности положения- образца после его нагружения, позволяет контролировать состояние однородного одноосного напряжения в образце, допускает применение стандартных приборов типа гониометра, аккумуляторной батареи, миллиамперметра

Формула изобрете ни я

Устройство для измерения изменения показателя преломления оптических материалов, содержащее монохроматический источник света и расположенные последовательно по ходу световода луча осветительную щель в виде прямоугольной прорези на непрозрачном экране, коллиматор, поворотный . стол с блоком приложения к образцу одноосного механического напряжения и измеритель угла выхода луча из об- , выполненный в виде зрительной труЬы с автоколлимационным окуляром, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений, на непрозрачном экране дополнительно выполнена другая прямоугольная- прорезь, ориентированная перпендикулярно оси вращения стола и пересекающая первую прорезь под прямым углом.

Изобретение относится к оптике, акустооптике и может быть применено при определении физических характеристик новых акустооптических материалов и при разработке устройств с использованием оптических элементов с искусственной анизотропией. Целью изобретения является увеличение точности измерений. Устройство включает в себя монохроматический источник света, осветительную щель, выполненную крестообразно, коллиматор, поворотный стол, блок приложения одноосного механического напряжения к образцу, измеритель угла выхода луча из образца. Одна из прорезей осветительной щели ориентирована перпендикулярно направлению приложения механического напряжения к образцу. 2 ил.

Щиг.1

rh.75

/7

Фиг. 2.

16

X

ю