Способ измерения разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами с помощью поляризационного микроскопа Советский патент 1992 года по МПК G01N21/23 

Изобретение относится к оптике анизотропных сред и может найти применение при измерениях двулучепреломления в анизотропных средах известной толщины или малых толщин анизотропных сред с известной величиной двупреломления.

Известен способ измерений оптической разности хода с помощью компенсатора Се- нармона.

Однако непременным условием осуществления этого способа должно быть равенство амплитуд обоих колебаний, распространяющихся в образце, что может быть достигнуто только при установке его в скрещенных поляризаторе и анализаторе в строго диагональном направлении, т.е. так, чтобы направления колебаний света составляли в нем угол точно 45° с направлениями колебаний в поляризаторе и анализаторе. При неточной установке кристалла положение осей эллипса колебаний не остается постоянным и зависит от измеряемой разности хода. Так как равенство амплитуд обоих колебаний нарушается также при наличии у исследуемого кристалла дихроизма, то этот способ нельзя применить к плеохроичным кристаллам. Кроме того, способ отличается сложностью как по аппаратурной реализации, так и по процедуре измерений и расчета, вследствие чего он не нашел применения в выпускаемых отечественной промышленностью приборах,

Известен нулевой (компенсационный) способ измерений оптической разности хода с помощью поляризационного микроскопа, заключающийся в следующем. После ориентации образца в диагональном положении между поляризатором и анализатором вводят двупреломляющий клин. Если образец и клин наложены так, что в них

-ч ел ел

жА

ю

ю

совпадают разнородные главные направления (Ж клина с Нз образца), то тогда в том месте, где разность хода в клине равна по абсолютной величине разности хода в образце, они не оказывают влияния на состояние поляризации света, выходящего из анализатора, вследствие чего наблюдают полосу, параллельную углу клина и разрезающую цветную картину{поляризатор и анализатор скрещены) Передвигая клин, совмещают темную полосу с каким-либо делением шкалы, видной в окуляре. Затем убирают образец и по цв.ету возле деления N находят с помощью номограммы компенсирующую разность хода, а следовательно, и искомую разность хода в образце. По такой методике проводятся измерения разности хода во всех поляризационных микроскопах, Если в образце и клине совпадают разнородные направления (как это обычно делается), то вносимые ими разности хода взаимно вычитаются; если совпадает однородные направления, их разности хода суммируются 2.

Однако в известном способе отсчет разности хода делается по цветной номограмме, что обеспечивает погрешность отсчета не менее 30-50 нм, вследствие чего при малых разностях хода относительная погрешность измерений велика.

Цель изобретения - повышение точности измерений с помощью поляризационного микроскопа значений Rx, не превышающих размаха шкалы окуляра микроскопа, составляющего 300 нм.

Измерения по данному способу проводят следующим образом. Между скрещенными поляризатором и анализатором микроскопа помещают анизотропный элемент, вносящий разность хода RO. В качестве такого элемента удобнее всего использовать пластинку чувствительного оттенка с RO 555 нм, поскольку ею снабжаются все поляризационные микроскопы, для нее предусмотрено гнездо в поляризационном микроскопе. Если используется штатная пластинка чувствительного оттенка, то при вводе ее в предусмотренное для этого гнездо микроскопа она уже находится в диагональном положении. При использовании другой пластинки ее поворачивают вокруг оптической оси до тех пор, пока не наступит максимальное затемнение поля зрения микроскопа, От этого положения пластинку поворачивают на угол 45° так, чтобы направление колебаний света в ней составляло угол 45° с направлением колебаний в поляризаторе и анализаторе. Затем начинают вводить между поляризатором и анализатором оптический клин, наблюдая

при этом в объектив микроскопа за его шкалой. Когда на шкале появляется пересекающая ее перпендикулярно темная полоса, соответствующая положению взаимной

компенсации разности хода в пластине и клине, клин двигают до тех пор, пока темная полоса не совместится с началом шкалу микроскопа, например, с делением No, После этого клин выводят из пространства

между поляризатором и анализатором, пластинку устанавливают в положение наибольшего затемнения поля зрения. Между поляризатором и анализатором вводят измеряемый объект, вносящий неизвестную

разность хода RX, и поворачивают вокруг оптической оси до тех пор, пока снова не наступит максимальное затемнение поля зрения, Затем пластинку с R0 и объект с Rx поворачивают в одном и том же направленим на угол 45°, причем направление попорота совпадает с направление поворота пластинки с RO до ввода оптического клина, В этом случае обе пластинки будут находиться в диагональном положении, и в положении суммирования вносимых ими разностей хода, т.е. общая разность хода составит Ro + Rx. Посредством наблюдения в окуляр микроскопа фиксируют деление NX, которое пересекла сдвинувшаяся черная

полоса. После этого объект выводят из пространства между поляризатором и анализатором, а на его место помещают калибровочную пластинку с известной разностью хода RK. Пластинки с RK и с R0 ориентируют в диагональном положении и в положении суммирования вносимых ими разностей хода таким же образом, как и при ориентации пластияок с R0 и Rx. В окуляре микроскопа фиксируют деление Мк, которое

пересекла черная полоса. Тогда

Rx MNx - No) RK м ° 1 (Мк - No

где пш - цена деления шкалы микроскопа.

Нами использовалась при калибровке микроскопа Полам Р-113 пластинка слюды с RK 150 нм. Было получено NK 50 делений при установке N0 0. (В качестве пластинки с RO использовалась прилагаемая к микроскопу штатная пластинка с R0 555 нм). Следовательно, цена деления шкалы микроскопа составляла пш 3 нм. Изменение положений черной полосы в окуляре микроскопа можно было заметить, если она сдвигалась на рзсстояние более половины делеимя шкалы, т.е. абсочютная погрешность отсчета составила Д R 1,5 нм. что не менее чем на порядок меньше погрешности при отсчете по цветной номограмме.

Таким образом, данный способ при использовании стандартного оборудования позволяет повысить точность измерений оптической разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами в оптически анизотропных средах, не превышающей 300 нм, не менее чем в 10 раз по сравнению с известным способом. Время измерений по сравнению с известной методикой практически не увеличивается, а простота и высокая точность способа позволяет применять его в промышленных и полевых условиях. Формула изобретения Способ измерения разности хода между обыкновенным и необыкновенным лучами с помощью поляризационного микроскопа, заключающийся в том, что между скрещенными поляризатором и анализатором вводят объект так, что одно из главных его направлений составляет угол 45° с направлением пропускания поляризатора, вводят двупреломляю- щий клин и компенсируют разность хода,

0

5

0

снимают отсчет Nx по шкале окуляра микроскопа, соответствующий компенсации, выводят объект, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения разности хода, не превышающей 300 нм, перед вводом объекта в аналогичной ориентации главных направлений вводят опорный анизотропный элемент, компенсацию разности хода осуществляют при введенном опорном анизотропном элементе, причем соответствующий отсчет No устанавливают на начало шкалы окуляра микроскопа, после выведения объекта в аналогичной ориентации главных направления вводят калибровочный анизотропный элемент с известной разностью хода N и снимают отсчет NK, соответствующий компенсации разности хода, а разность хода в объекте определяют по формуле NX-No

Rx - RK

Сущность изобретения: перед вводом объекта вводят опорный анизотропный элемент и осуществляют компенсацию разности хода в нем, устанавливая отсчет No, соответствующий компенсации, на начало шкалы микроскопа, затем поочередно вводят объект и калибровочный анизотропный элемент с известной разностью хода RK, снимают соответствующие отсчеты Nx и Мк на шкале микроскопа, из которых определяют разность хода в объекте по формуле Rx RK (Nx - N0)/(NK - No).