ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1972 года по МПК H01J47/00 G01T5/12 

Изобретение относится к оптическим устройствам, применяемым в фотометрических (в частности фотоэлектрических) приборах, содержащих поляризующие элементы (диффракционную решетку, фотоэлемент, фотосопротивление и др.) и может быть использовано при лабораторных, полевых и промышленных измерениях лучистой энергии.

Для устранения искажающего влияния поляризационных свойств измерительной аппаратуры при измерениях энергии поляризованной радиации применяются разные устройства и способы.

Примепеиие, иапример, двух поперемеппо вводимых в световой канал, различно ориентированных поляроидов возможно при известиой заранее ориентации плоскости поляризации измеряемой радиации, к тому же это существенно усложняет коиструкцию. Возможно использование разных типов деполяризаторов. Однако супхествующие деполяризаторы отличаются сложностью конструкции, ограниченностью в спектральном диапазоне или большими энергетическими потерями.

Для обеспечения независимости выходного сигнала от поляризациониых свойств измеряемой радиации компенсатор поляризации составлен из двух одинаковых поляроидов, стыкованных вплотную со взаимно-нерпендикуляриыми осями пропускаиия.

Компенсатор закрепляется ненодвижно в оптическом канале прибора до поляризующих элементов, перекрывая весь измеряемый радиационный поток, перпендикулярно иаправлению его распространения, так, чтобы осн пропускания поляроидов располагались под углом 45° к плоскости поляризации прибора; одна половина измеряемой радиации должна падать на один ноляроид, другая половина - на второй.

На чертеже изображен предлагаемый компенсатор. При этом Приняты следующие услоз}1ые обозначения:

I и I - два поляроида со взаимно-перпендикулярны: п осямн, имеющие равные рабочие площади; 00 - линии стыковки этих поляроидов.

Оплошными линиями обозначены направления осей пропускания поляроидов; щтри.хсвыми - направление плоскости поляризации прибора, составляющее угол в 45° с осями пропускаиия обоих поляроидов.

А - световой вектор измеряемой радиации (произвольно ориентированный).

Рассмотрим действие компенсатора сначала для случая плоскополяризованной радиации. Па каждый поляроид падает половина измеряемого лучистого потока Фо- Проекции амплитуды вектора А на оси пропускания

л1

поляроидов равны: л cos об I/ - cos ex. - для

I поляроида и А cos р 1/ - - cos р

Фо 2

Sin а -

для II поляроида (без учета потерь, которые по условию должиы быть равны в обоих поляроидах). Проекции амплитуд светового вектора нрощедишй через I и II поляроиды радиации на плоскость поляризации прибора

Фп

-cos а cos 45° и

равны соответствепно

Ф,

-sin а sin 45°. Следовательно, поток радиации, ирощедщей через I поляроид, равеи на выходе--° 45°, а через II поляФо

роид -sin2asin2 45°; суммариый поток

ый-ел ыи- to , c -ivirtia

Фо 2

на выходе нрибора составляет °

COS2 а coss

45°+52.sin2asin2 45° 55-sin2 45° -, независимо от угла а. Таким образом, количество регистрируемой на выходе прибора радиации не будет зависеть от ориентации светового вектора и от стенени поляризации измеряемой радиации. Потеря энергии в четыре раза получена для случая 100%-ной поляризации. Па практике встречается обычно частичная поляризация. Естественно, что при меньщей степени поляризации потери будут соответственпо меньще.

Для общего случая поляризации - эллиптической - выражепие для проекций амплитуды светового вектора А на две взанмио нерпендикулярные оси Х и К имеет вид

(cos2YCOs2л:+sin2Ysin2л-) (со52 Y sin x+sin Y-cos2.,;).

Здесь X. - характеризует угол ориентацнн эллипса, у - его эллиптичность.

При любых, произвольно задаппых х. и у, количество радиации, прощедгаее через I поляронд, равно - Л2(cos-Y cos2.j;+sin2Y sin-;c);

поляроидЛа (cos2 у sin2xчерез II

Zi

-i-sin2 Ycos2;c). Дальнейшие рассуждения такие же, как в случае плоско-поляризованной радиации. Поток радиации па вы.ходе прибора будет равеп

- As(cos2 Y cos2A- -sin2 Ysin2A-)cos2 45°+

Zt

- Л2 (cos2 Y sin2A;+sin2 Y cos2.v) sin2 45° - : -

(для случая 100%-иой поляризации прибора). Аналогичным образом легко можно доказать применимость компенсатора для частичио-иоляризованной радиации и радиации, поляризованной по кругу.

Предлагаемый компенсатор применим для любого состояния поляризации измеряемой

радиации, которая может быть илоско-поляризованной, эллиптически - поляризованной, поляризованной по кругу, частично поляризованной и неполяризоваиной, при этом степень поляризации и ориентация илоскости поляризации могут быть произвольиыми, а также иеременными. Для применения его не требуется иикаких сведений о состоянии поляризации измеряемой радиации; комиеисатор может быть применеи в ирактически неограниченном

дианазоне длин волн (этот диапазон определяется спектральпой областью работы существующих поляризационных устройств); обеспечивает малые энергетические потери. Предлагаемый компенсатор может быть

применен как в стационарной, так и в различного рода передвижной, особенно автоматической, аипаратуре.

Предмет изобретения

Фотометрическое устройство, содержащее источник излучения, поляризатор, комиенсатор поляризации и приемник излучения, отличающееся тем, что, с целью осуществления независимости выходного сигнала от полярпзационных свойств измеряемой радиации, компенсатор поляризации выполнен в виде двух стыкованных поляроидов, установленных

так, что их оси пропускания ориентированы взаимно-перпендикулярно, и развериутых под углом в 45° к плоскости поляризации фотометрического устройства.