Способ измерения градиента показателя преломления прозрачных объектов Советский патент 1990 года по МПК G01N21/45 

кой

но

тел

про

мае

то с

опт

отр

нос исс рох

рой изл

1зобретение относится к фйзичес оптике и может быть использовд- 1ЛЯ исследования градиента показа- преломления в толще юлнфоэанных фачных стекол, фианитов, пласт- : и т.д., что актуально в дефек- :опии, оптике рассеивающих сред, 1ческом приборостроении и других 1СЛЯХ науки и техники, eль изобретения - повышение точ- ги измерений и расширение класса шдуемых объектов на образцы с ше- )ватой поверхностью. la чертеже приведена схема уст- ;тва, реализующего способ, стройство содержит источник 1 гчения, четвертьволновую пластинку 2, поляризатор 3, телескопическую систему 4, объект 5, объективы

6 и 7, анализатор 8, спекл-фотогра- фию 9 поверхности объекта, фотоэлектронный приемник 10,

Способ осуществляют следующим об, разом.

Источник 1 излучения, например лазер ЛГ-38, формирует одномодовое излучение. Пластинка 2 формирует циркулярную поляризацию лазерного пучка. Поляризатор 3 пропускает лазерную волну, плоскость поляризации которой перпендикулярна плоскости падения. Телескопическая система 4, состоящая из двух объективов и диафрагмы между ними, расширяет пучок и формируо:

о

00

ел

ет фронт волны плоским. Эта волна проходит сквозь объект 5, на поверхности которого,формируются зоны корреляции. Объектив 6 проецирует когерентное изображение поверхности объекта в плоскости спекл-фотографии 9. Анализатор 8 пропускает световые колебания, плоскость которых совпадает с плоскостью падения. На получен- ную спекл-фотографию поверхности проецируют совокупность зон корреляции излучения, которое проходит через: анализатор 8, который вращают в пределах углов ориентации оси пропуска- ния О -90 относительно плоскости падения. Объектив 7 концентрирует пропущенный через спекл-фотографию 9 поток на поверхность фотоэлектронного приемника 10. Измеряют зависимост интенсивности пропущенного света системой спекл-фотография и анализатор от изменения угла ориентации оси пропускания плоскости световых колебаний, В результате получают информа- Цию о градиенте показателя преломления прозрачного образца с шероховатой поверхностью раздела двух сред. В процессе распространения плоского волнового фронта линейно поляри- зованного излучения в слое вещества с градиентом показателя преломления Р(п ) возникает эллиптически поляризованная компонента в прошедщем потоке лазерного излучения. Величины эллиптичности и азимута поляризации световой волны Д в локальном участке объекта связаны с локальным значением градиента показателя преломления п1

соотношением

,. А Wj 1 V рГ hj

Интенсивность световых колебаний в пределах зоны корреляции, измеряемая в ситуации скрещенных поляризатора и анализатора, описывается выражением

I; f-sin2.(),

5 0 5 n

5

0

где об ориентация оси пропускания анализатора относительно плоскости падения. Градиент показателя преломления прозрачного образца с шероховатой поверхностью рассчитывается из уравнения вида со

Р(п ) n dn Ql(o6),

I , .

где Р(п ) - распределение локальных значений градиента показателя преломления по всей площади образца;

I(pt) - интенсивность излучения, прощедшего через спекл- фотографию зон корреляции шероховатой поверхности;

Q - коэффициент пропорциональности, определяемый аналитически по следующему алгоритму: „00 ЛПг

4f

о с

-pi P dp;)j ,

где f(h) и R(p;) - вероятностные распределения высот микронеровностей и азимутов поляризации зон корреляции, имеющие вид.

1

f(h)

лК h.

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для исследования градиента показателя преломления прозрачных объектов с шероховатой поверхностью в дефектоскопии, оптике рассеивающих сред, оптическом приборостроении и других областях науки и техники. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширения класса исследуемых объектов на образцы с шероховатой поверхностью. Для этого измеряют интенсивность излучения, пропущенного спекл-фотографией совокупности зон корреляции поверхности исследуемого объекта. В способе используется запись спекл-фотографии в скрещенных поляризаторе и анализаторе, облучение полученного транспоранта различно поляризованными компонентами поля излучения на поверхности объекта, измерение интенсивности, по которой судят о градиенте показателя преломления прозрачных объектов. 1 ил.

где СО , и А; - соответственно эллиптичность и азимут поляри- зации световой волны; - длина волны освещающего

света; h j - высота микронеровности

шероховатой поверхности прозрачного объекта.

В результате статистической модуляции лазерной волны по всей площади образца, на шероховатой поверхности раздела двух сред формируется ан- самбль зон корреляции со статистически распределенными параметрами и, и п; .

R(

р,-)

3-, . д

п1 2 l(

f

xtgpi Ctg fi;) е } где hg - среднее значение высоты ми

ронеровностей;

п - показатель преломления вещества объекта.

Поэтому по измеренной интенсивности I(ot) света, пропущенного спек фотографией зон корреляции щерохо - ватой поверхности при различных ори- ентациях оси пропускания анализатора, можно однозначно определять гра 1

диент показателя преломления проз- (рашых объектов с шероховатой поверх .нортью раздела двух сред.

Предлагаемый способ расширяет воз мощности измерения градиента показа- теля преломления в прозрачных образца; с с шероховатой поверхностью, что является недостижимым в известном способе,а также позволяет проводить бо- точные измерения этого параметра, поскольку точность измерения интенсивности составляет величину 0,05%. Сле- доьательно, способ позволяет проводить измерения градиента показателя преломления на 2-3 порядка вьше точности, достигаемой в известном спо- соСе, т.е. возможно измерение локального значения градиента показателя преломления прозрачного образца до величины - 10 .

Ф о

рмула изобретения

тел1

Способ измерения градиента показа- преломления прозрачных объектов, включающий облучение исследуемого образца лазерным излучением, проеци- ров1ние поля рассеянного образцом изл гчения в плоскость фотослоя, регистрацию спекл-фотографии этого

/ 2 3 ;

085076

ля, зондирование спекл-фотографии лазерным излучением и регистрацию ; прошедшего через нее лазерного излу- чения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения класса исследуемых объектов на образцы с шероховатой поверхностью, облучают исслеJO дуемый образец коллимированным лазерным излучением, плоскость колебаний вектора электрической напряженности которого перпендикулярна плоскости падения, проецируют поле рас15 сеянного образцом излучения в плоскость фотослоя через анализатор, ось пропускания которого совпадает с плоскостью падения, зондирование зарегистрированной спекл-фотографии осу20 ществляют путем проецирования на нее когерентного изображения поверхности объекта, образованного зонами его корреляции, через анализатор, который вращают на угол О - 90 относи25 тельно плоскости падения, а при регистрации измеряют зависимость интенсивности излучения, прошедшего спекл-фотографию, от угла поворота анализатора, по которой рассчитыва30 ют градиент показателя преломления прозрачных объектов.

JO