МАГНИТОСПЕКТРОПОЛЯРИМЕТР Советский патент 1973 года по МПК G01J4/04 

1

Изобретение относится к поляризационным приборам для физико-химических исследований.

Предлагаемый прибор предназначен для измерения постоянной Верде, характеризующей способность вещества, помещенного в магнитное поле, поворачивать плоскость поляризации проходящего через него света.

Известны приборы для измерения постоянной Верде - магнитоспектрополяриметры. Одна группа этих приборов производит абсолютные измерения, другая - относительные. Приборы для абсолютных измерений состоят из источника плоскополяризованного света, ячейки Фарадея, анализатора с устройством для отсчета его угла поворота и приемного устройства, чувствительного к повороту плоскости поляризации. При абсолютных измерениях определяется напряженность постоянного магнитного поля, длина образца и угол поворота плоскости поляризации на фиксированной длине волны.

Подобные приборы имеют следующие недостатки. Во-первых, необходимо точно знать распределение магнитного поля по оптической оси и поддерживать его постоянным с высокой точностью, что является сложной технической задачей. Во-вторых, применяемая схема измерения поворота плоскости поляризации в скрещенных поляризаторах зависит от качества поляризованного света; при снижении степени поляризации падает чувствительность схемы. Степень поляризации уменьшается при низком качестве поляризаторов, а также при деполяризации проходящего излучения средой за счет рассеяния или кругового дихроизма (в частности, магнитного). В-третьих, работа на постоянных магнитных полях усложняет измерения (и снижает точность) при определеНИИ магнитооптического вращения оптическиактивных веществ.

Приборы для относительных измерений состоят из источника плоскополяризованного света, двух последовательно расположенных ячеек Фарадея: рабочей и сравнительной, анализатора и приемного устройства, чувствительного к повороту плоскости поляризации. Недостатки этого прибора следующие: спектральный диапазон работы прибора ограничен областью прозрачности сравнительного вещества; для использования прибора необходимо точно знать дисперсию магнитооптического вращения сравнительного вещества. В предложенном приборе указанные недостатки устранены благодаря тому, что он снабжен анализатором, размещенным за рабочей ячейкой, и поляризатором, установленным перед сравнительной ячейкой. Рабочая и сравнительная ячейки расположены в разных световых потоках, а поляризаторы рабочей и сравнительной ячеек связаны жестким коромыслом и соединены с системой для приведения в колебательное движение.

Световые потоки в рабочем и сравнительном каналах модулируются по положению плоскости поляризации, а модулятор выполнен в виде жесткого коромысла, на концах которого закреплены поляризаторы рабочего и сравнительного каналов.

Такое выполнение прибора позволяет повысить точность измерения, упростить его конструкцию и устранить влияние степени деполяризации света на показания прибора.

На чертеже показана схема предложенного прибора.

Рабочий канал прибора включает в себя источник света 1, монохроматор 2, объектив 3, поляризатор 4, ячейку Фарадея 5, анализатор 6, зеркала 7 и S, приемник излучения 9 и усилитель 10. Канал сравнения включает в себя монохроматический источник света //, объектив 12, поляризатор 13, ячейку Фарадея 14, анализатор 15 и зеркала 16 и 17. Модулятор /8 состоит из жесткого коромысла 19, на концах которого закреплены поляризаторы 4 и 13. Выходы усилителя 10 соединены с устройством 20, регулирующим отношение напряжснностей магнитных полей ячеек Фарадея 5 и 14, и с блоком обратной связи 21, управляющим заслонками 22 и 23.

Световой поток от источника / проходит через монохроматор 2 и объектив 3. Пройдя поляризатор 4, световой поток становится плоскополяризованным. В рабочей ячейке Фарадея 5 плоскость поляризации светового потока поворачивается на угол Ав, пропорциональный постоянной Верде помещенного в ячейку вещества. Анализатор 6 превращает изменения положения плоскости поляризации в изменения интенсивности светового потока.

Связь сигнала на выходе приемника излучения 9 с положением плоскости поляризации видна из уравнения:

р ФроТ 81пЧвр + Авр) +

+ (1-.1р)со8чер+Авр), (1)

где Фр„ - световой поток на входе в поляризатор рабочего канала;

Y - коэффициент преобразования приемника излучения;

Tip - коэффициент деполяризации в рабочем канале;

0р - угол скрещения поляризатора и анализатора.

При модуляции магнитных полей ячеек Фарадея частотой со

Л0р-Двр„со8ш.(2)

Усилитель 10 чувствителен лищь к переменной составляющей сигнала, выражение для которой может быть получено путем дифференцирования уравнения (1) нов:

iy,, - фр„ - (2YJP - 1) sin 2врА0р„ cos (ot. (3)

Сигналы из рабочего и сравнительного каналов подаются на один и тот же приемник излучения. Для переменной составляющей сигнала, возникающего в сравнительном канале, может быть записано выражение:

Фс, т (2-ric - 1) sin 2всА0с. cos ш. (4)

Сигналы Хрш и tcM подаются на вход усилителя. Выходной сигнал усилителя, являющийся функцией , управляет устройством 20, регулирующим отнощение магнитных полей ячеек Фарадея.. Регулирование происходит до тех пор, пока не будет достигнуто равенство:

(5)

РШ с сш - 0.

Результат измерения, снимаемый с устройства 20 в момент выполнения равенства (5), может иметь ощибку ввиду невыполнения условия:

Фр„ (2г(р - 1) sin 29р Фс. (271е - 1) sin 20с. (6)

Для выполнения условия (6), при отказе от стабилизации больщого числа параметров, введена модуляция интенсивностей световых потоков в рабочем и сравнительном каналах

по положению плоскости поляризации. С этой целью коромысло 19, на концах которого закреплены поляризаторы 4 и 13, приводится в колебательное движение, причем положение плоскости поляризации в рабочем и сравнительном каналах меняется по следующим законам:

Аар - Акц COS 2,

(7) Attc Аи, cos (Q -|- к).

Эти колебания плоскости поляризации вызывают на выходе приемника излучения сигналы tp2 и tcs, которые могут быть описаны уравнениями:

/p2 фр„ f (2YJP - 1) sin 20рАа, cos Qt, (8) Zc2 Фс„ -f (271с-1) sin 2ecAa, cos (Ш + ir).

В случае выполнения равенства (6) суммарный сигнал на входе в усилитель 10 равен нулю. При невыполнении равенства (6) с выхода усилителя на блок обратной связи 21, уп-равляющий заслонками 22 и 23, подается сигнал, являющийся функцией суммы ips и tcs. Изменением интенснвностей световых потоков в рабочем и сравнительном каналах можно добиться положения, при котором tps Ч-tcs 0, т. е. выполняется равенство (6). В этом случае результат измерения, снимаемый с устройства 20, в момент выполнения равенства (5),

Двр

может служить мерой отнощения

, а слеДве

ДЛ„

довательно, и

65ДЛс

Предмет изобретения

Магиитоспектрополяриметр, содержащий рабочую и сравнительную ячейки Фарадея, компенсатор, приемное устройство, связанное с компенсатором, поляризатор, размещенный перед рабочей ячейкой, и анализатор, размещенный за сравнительной ячейкой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности

измерений, он снабжен анализатором, размещенным за рабочей ячейкой, и поляризатором, расположенным перед сравнительной ячейкой, причем рабочая и сравнительная ячейки расположены в разных световых потоках, а поля ризаторы рабочей и сравнительной ячеек связаны жестким коромыслом и соединены с системой для приведения их в колебательное движение.