Двулучепреломляющий компенсатор Советский патент 1991 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится, к технической физике, а именно к технике оптических поляризационных измерений, и может быть применено в оптических поляриметрических устройствах

Известны полимерные компенсаторы, содержащие подвижный и неподвижный элементы с замороженным, наведенным двулучепреломлением. Они могут выпол- няться с равномерным полем зрения Однако для точных измерений такие устройства непригодны вследствие недостаточного постоянства разности хода по полю зрения Кроме того, полимерные компенсаторы с замороженным двулучепреломлением, как правило, обладают временной нестабильностью оптических характеристик (краевой эффект).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому компенсатору является компенсатор Солейлг, имеющий равномерное поле зрения и содержащий

подвижны-) и неподвижный клинья с одинаковыми углами и плоскопараллельную пластину из двулучепреломляющего материала Одноименные главные направления в клиньях параллельны, а тонкие края обращены в поотивоположные стороны Недостатком компенсатора является малое угловое поле что ограничивает ею применение кпассом задач, где исследуемый объект освещается пучком малой сводимости Недостаток зсть i левого поля связана с наличием до лчительной плоскопараплель ной пласгины

Цель изобосгрэния увеличение углового поля комтексгтора и повышения точно сти измерений

Указания дель достигается тем, что в двулучепоеломпяющам компенсаторе вы- пблненном из двулучепреломлчющего материала и содержащем два клин э с одинаковыми углами, один из которых сое динен с приводом перемещения, а одноXI

о о

ы

именные главные направления в клиньях ориентированы взаимно перпендикулярно, при этом тонкие края обращены в одну сторону. Компенсатор содержит третий клин из изотропного материала с показателем преломления, близким к показателям преломления первых двух клиньев, причем тонкий край этого клина обращен в сторону, противоположную тонким краям первых двух клиньев, а угол равен сумме углов первых двух клиньев. Изотропный клин может быть соединен с любым из двуплечепреломляю- щих клиньев. Благодаря сочетанию указанной выще ориентации главных направлений с взаимным расположением двулучепре- ломляющих клиньев их совокупность по своему действию эквивалента плоскопараллельной пластине переменной толщины, как в компенсаторе Солейля. В то же время для получения нулевой разности хода и изменения ее знака не требуется дополнительная плоскопараллельная пластина, содержащаяся в компенсаторе Солейля. Исключение этой пластины приводит к расширению углового поля.

На фиг.1-3 представлены варианты выполнения компенсатора.

Компенсатор содержит два клина 1 м 2 с одинаковыми углами а, выполненные из двулучепреломляющего материала. Клин 1 Соединен с приводом перемещения. Точкой и чертой показана ориентация одного из главных направлений (например, совпадающего с оптической осью). Углы клиньев 1 и 2 равны между собой, а их значение определяется так же, как у компенсатора Солейля, конкретными характеристиками компенсатора, в том числе диапазоном и погрешностью измерении- компенсатора. Например, отечественный серийный компенсатор Солейля КС-5 с диапазоном измерения ±5 интерференционных порядков и погрешностью измерений 2 нм имеет клинья с углом 37. При прохождении через компенсатор, представленный на фиг.1, пучок отклоняется на угол 2 а(п-1), где п - показатель преломления. Поскольку это отклонение небольшое (как правило,меньше 1°) в большинстве задач, для решения которых используют компенсатор, оно не влияет ни на точность, ни на другие характеристики прибора. Однако в некоторых случаях компенсатор устанавливается в оптическую схему, где отклонение пучка недопустимо, так как снижает точность измерений. В основном это схемные решения, в которых компенсатор в процессе измерения поворачивается относительно неподвижной плоскости изображения. Это в свою очередь

приводит к тому, что измеренное значение разности хода приписывается другой точке объекта, т.е. снижается точность измерений. Для устранения отклонения пучка и тем

самым повышения точности измерений компенсатор выполняют из трех клиньев, На фиг.2,3 представлены два варианта выполнения компенсатора. Помимо двулу- чепреломляющих клиньев 1 и 2, входящих в

0 компенсатор, показанный на фиг.1, компенсатор содержит клин 3 из изотропного материала. В представленных вариантах клин 3 связан с подвижные клином 2. Угол клина 3 определяется из условия минимиза5 ции отклонеж/(Я пучка после прохождения компенсатора, При выполнении клиньев из кристаллического кварца (п0-пе-0,009 в средней части видимого спектра) клин 3 может быть изготовлен из стекла К8 или стекла

0 МОС2 с углом, равным удвоенному углу двулучепреломляющего клина. Компенсатор изготовлен с клиньями из кристаллического кварца на ±5 интерференционных порядков. Углы кварцевых клиньев - 1°10 ,

5 Неподвижный кварцевый клин соединен со стеклянным клином с углом 2°20 . Световое отверстие компенсатора 10 мм. Получено угловое поле 10°, что в 1,5 раза больше углового поля компенсатора с такими же харак0 теристиками, выполненного по известной

схеме.с

Компенсатор работает следующим образом.

Компенсатор освещается поляризовэн5 ным излучением. 8 самом общем случае со- стояние поляризации описывается эллипсом, оси которого совпадают с главными направлениями компенсатора, а эллиптичность характеризует разность хода

0 исследуемого объекта, т.е. измеряемую разность хода Д. При прохождении через компенсатор эллиптичность излучения изменяется. Количественно изменение зависит от вносимой компенсатором разности

5 хода Ак, которая определяется смещением подвижного клина от нулевого положения (А к 0). При произвольном положении подвижного клина компенсатор действует как плоскопараллельная двулучепреломляющая

0 пластина с эквивалентной толщиной э, равной разности толщин клиньев, и ориентацией оптической оси, определяемой более толстым клином (Дк 1э(п0-пе)) Измерение состоит в нахождении положения

5 подвижного клина, при котором удовлетворяется соотношение А- Дк 0. При этом .выходящее из компенсатора излучение становится линейно поляризованным под углом 90° к плоскости пропускания анализатора. Вследствие этого интенсивность излучения за анализатором становится минимальной, Взаимно перпендикулярная ориентация одноименных главных направлений клиньев и обращение их тонких краеа в ©дну сторону позволяет сохранить равномерное поле зрения и исключить дополнительную плоскопараллельную пластину. Поскольку толщина d этой пластины в нулевом положении компенсатора равна суммарной толщине клиньев, а зависимость углового поля р от суммарной толщины двух двулучепреломляющих элементов близка к виду V2cT, исключение пластины при сохранении геометрии клиньев увели чивает в 2. Следовательно, при одинаковых с прототипом характеристиках и оптимальной толщине клиньев угловое поле данного компенсатора в 1,5 раза выше. Предложенное решение экспериментально опробовано. Получено угловое поле 10°, что позволяет использовать предложенный компенсатор совместно с серийным полярископом - поляриметром ПКС-250

-

10

15

20

25

с диффузным освещением исследуемого объекта.

Формула изобретения

1.Двулучепреломляющий компенсатор, выполненный из двулучепреломляющего материала и содержащий два клина с одинаковыми углами, один из которых соединен с приводом перемещения, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения углового поля, клинья установлены так. что одноименные главные направления в клиньях взаимно перпендикулярны, а тонкие края клиньев обращены в одну сторону.

2,Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, компенсатор содержит третий клин из изотропного материала с показателем преломления, близким к показателям преломления первых двух клиньев и расположенный так, что его тонкий край обращен в сторону, противоположную тонким краям первых двух клиньев, а угол данного клина равен сумме углов первых двух клиньев.

Изобретение относится к технической физике, в частности к технике оптических поляризационных измерений Цель изобретения - увеличение углового поля зрения компз -сатора Двулучепоо юмлчющлй ком- пенса ор ссц°ржит .ЖЬЫЙ и неподиих ный нья с одинаковыми унтами из двупучепрепомлеющего Мслспмала одно имениLK направления которых БЗЗ- имн г.сргендикулярны а тонкие юзя обрашечы в сторону Компенсатор может содержась третий клин из изотропною материала с показателем преломления к показателям преломления первых /зп x клиньев тонкие коз, которого об ращен в сторону противоположную онким краям первых двух клиньев а угол к/ ина близок к гумме углов первых двух клиньев 1 з п сг ы 3 ил