Устройство для низкотемпературных измерений оптических характеристик образцов Советский патент 1992 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к криогенной технике и предназначено для проведения исследований оптических характеристик материалов при криогенных температурах.

Цель изобретения - обеспечение возможности измерения индикатрисы рассеяния образцов с одновременным измерением коэффициентов пропускания и зеркального отражения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для низкотемпературных измерений оптических характеристик образцов, содержащем источник излучения и расположенные по ходу излучения вакуумированный корпус с оптическим окном, внутри которого размещен держатель образца, установленный на одной оптической оси с окном вакуумированного корпуса и снабженный приводом вращения, оптическую систему, включающую плоское и сферическое зеркала и фотоприемник, последние расположены последовательно друг за другом по ходу излучения внутри вакуумированного корпуса и жестко закреплены на платформе, снабженной приводом вращения, при этом оси вращения держателя образца и платформы совмещены, а приводы вращения держателя образца и платформы выполнены независимыми.

Ч|

4 00

О

На фиг.1 изображен криостзт, общий вид; на фиг.2 - оптическая схема криостата при определении базового сигнала; на фиг.З - оптическая схема криостата при измерении коэффициентов зеркального отражения; на фиг.4 - то же, при измерении коэффициентов пропускания; на фиг.5 - то же, при измерении характеристик рассеяния,

Устройство для низкотемпературных измерений оптических характеристик содержит источник 1 излучения и криостат, включающий вакуумировзнный корпус 2, снабженный оптическим окном 3.

Внутри корпуса 2 установлена подвижная (вращающаяся) платформа 4, снабженная приводом 5, держатель 6 образца 7, теплообменник 8 системы регулирования температуры образца и коммуникации (на фиг. не показано) подачи хладагента и выпуска его паров. Держатель 6 с образцом 7, установленный на одной оптической оси с окном 3 вакуумированного корпуса 2, расположен над платформой 4, соосно с ней, окружен охлаждаемым радиационным экраном 9 и снабжен приводом 10 вращения и механизмом 11 отвода образца с оптической оси окна 3 криостата.

При этом оси вращения держателя б с образцом 7 и платформы 4 совмещены, и привод 5 платформы 4 и привод 10 вращения образца выполнены независимыми.

На платформе 4 (фиг.2-5) по ходу излучения последовательно друг за другом установлены и жестко закреплены система зеркал, состоящая из плоского зеркала 13 и сферического зеркала 14 и фотоприемник 12. При этом система зеркал и фотоприемник 12 излучения размещены друг относительно друга таким образом, что прошедший через окно криостата луч и попадающий непосредственно (через или от образца) на плоское зеркало 13, будет всегда отражаться им на сферическое зеркало 14 и фиксироваться приемником 12 излучения, установленным в фокусе сферического зеркала 14.

Зеркала 13 и 14 и приемник 12 излучения выставлены под некоторым углом друг к другу и к оптической оси образца 7, а сферическое зеркало 14 и фотоприемник 12 несколько смещены по высоте относительно плоского зеркала 13 и относительно друг друга. Оси вращения платформы 4 и держателя 6 совмещены и расположены по вертикали в плоскости передней поверхности образца, пересекая оптическую ось луча так, что передняя поверхность образца делится на симметричные части.

Благодаря этому при изменении угла падения луча на поверхность образца 7 в пределах от 0 до 90°, осуществляемого путем вращения держателя вокруг своей оси,

и измерении соответствующих характеристик пропускания, отражения и рассеяния, осуществляемого путем вращения платформы 4 с фотоприемником 12 и системой зеркал 13 и 14 вокруг той же оси, оптическая

длина хода лучей не изменяется, расфокусировка системы не происходит.

Устройство работает следующим образом.

В начале устанавливают образец 7 в держатель б, вакуумируют внутреннюю полость криостата, и, подавая хладагент, например, жидкий гелий в теплообменник 8 системы регулирования температуры, захо- лаживают образец до требуемой температуры.

После этого производят измерение оптических характеристик образца. При этом. с целью повышения точности измерений, вначале производят аттестацию условий

эксперимента, т.е. производят измерение базового сигнала. Для этого платформу 4 с укрепленными на ней фотоприемником 12 и системой зеркал 13 и 14с помощью привода 5, а также держатель 6 с образцом 7 с помощью привода 10 поворачивают так. чтобы образец 7 и плоское зеркало 13 располагались на оптической оси окна 3 криостата, последовательно друг за другом. Затем держатель 6 с образцом 7 с помощью механизма 11 отводят с оптической оси окна 3, т.е. образец убирают с пути (фиг.2) луча. После этого включают источник 1 излучения и луч через окно 3 направляют в криостат. При этом луч, пройдя через окно 3, попадает

непосредственно на плоское зеркало 13, отражаясь от него на сферическое зеркало 14, фокусируется на фотоприемнике 12. Таким образом, фотоприемник 12 регистрирует базовый сигнал, учитывающий в данный момент экспериментареальную

характеристику пропускания оптического окна 3, характеристики отражения системы зеркал, а также и характеристики среды в криостате. Все последующие измерения оптических характеристик образца производятся относительно этого базового сигнала, который по существу является калибровочным, В процессе последующего эксперимента, в любой момент, может быть

проведена повторная перекалибровка. Такая необходимость может возникнуть в длительном эксперименте для проверки возможного запыления окна 3 и зеркал 13 и 14, а также входного окна фотоприемника

12, что может изменить оптические характеристики всего тракта.

Перекалибровка позволяет также учесть возможное изменение (вследствие нестабильности) характеристик самого излучателя.

После измерения базового сигнала производится измерение оптических характеристик образца.

Измерение коэффициентов зеркального отражения для углов падения излучения а, изменяющихся в пределах от некоторого начального угла падения а0 , близкого к 0°, до 90°, производится путем вращения держателя 6 с образцом 7 вокруг своей оси на тот же угол а , отсчитываемый от оптической оси луча, и соответствующего поворота на угол 2 а платформы 4 с системой зеркал и фотоприемником.

Для измерения коэффициентов пропускания (фиг.4) образца 7 платформа 4 устанавливается так, чтобы плоское зеркало 13 находилось на оптической оси за образцом. Изменение угла падения излучения в пределах от 0 до 90° производится путем вращения держателя 6 с образцом 7 вокруг своей оси, при этом система зеркал и фотоприемник остаются неподвижными.

При измерении индикатрисы рассеяния угол падения излучения аналогично предыдущим вариантам изменяется путем вращения вокруг своей оси держателя 6 с образцом 7, а платформа 4 с системой зеркал 13 и 14 и фотоприемником 12 вращается вокруг образца на 360°.

Таким образом, применение данного решения обеспечивает измерение в одном эксперименте всех основных видов оптических характеристик образца: индикатрисы

рассеяния, коэффициентов пропускания и зеркального отражения и позволяет повысить точность абсолютных и относительных измерений за счет исключения погрешностей, вносимых нерегламентиоованными

характеристиками оптических элементов и среды.

Формула изобретения Устройство для низкотемпературных измерений оптических характеристик образцов, содержащее источник излучения и расположенные по ходу излучения вакууми- рованный корпус с оптическим окном, внутри которого расположен держатель образца, установленный на одной оптической оси с окном вакуумированного корпуса и снабженный приводом вращения, оптическую систему, включающую плоское, сферическое зеркала и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерений индикатрисы рассеяния с одновременным измерением коэффициентов пропускания и зеркального отражения образцов, плоское сферическое зеркала и фотоприемник расположены последовательно друг за другом по ходу излучения внутри вакуумированного корпуса и жестко закреплены на платформе, снабженной приводом вращения, при этом оси вращения держателя и платформы совмещены, а приводы вращения держателя образца и платформы выполнены независимыми.

Использование: в оптическом производстве - для аттестации характеристик оптических деталей и при проведении исследований оптических свойств образцов в области криогенных температур. Сущность изобретения: устройство содержит вакуумированный корпус с оптическим окном, внутри которого размещены теплообменник, держатель с исследуемым образцом и плоское зеркало, а образец снабжен устройством для его поворота, сферическое зеркало и приемник извлечений расположены внутри вакуумированного корпуса и вместе с плоским зеркалом установлены на платформе, которая снабжена приводом вращения, при этом оси вращения держателя с образцом и платформы совмещены, а система зеркал и приемник излучений, установленный в фокусе сферического зеркала, жестко закреплены на платформе. Держатель с образцом снабжен механизмом для отвода образца с оптической оси криостата, а приводы вращения образца и платформы выполнены независимыми. 5 ил.

)

Фиг. 2

К

rt

12

12