УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ МЕЖДУ ВЗАИМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ВЕКТОРА Советский патент 1973 года по МПК G01J4/04 

1

Известны фотоэлектронные устройства для измерения разности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами вектора отраженной волны, возникающей, например, при полном внутреннем отражении плоскополяризованного света от поверхности раздела эталонной и исследуемой среды. В этих устройствах измерение осуществляется с помощью компенсаторов разности фаз, применение которых существенно снижает точность измерекия за счет дополнительных погрешностей, связанных с их изготовлением, юстировкой и установкой в оптическом тракте прибора.

В настоящее время большое значение приобретают устройства для измерения разности фаз взаимно перпендикулярных компонент вектора отраженной волны при исследовании тонких пленок, нолупроводников, оптических констант металлов, показателей преломления прозрачных и непрозрачных сред и др., поэтому исключение сложных компенсаторов разности фаз из оптической схемы устройства представляет большое практическое значение.

В предлагаемом устройстве для измерения разности фаз фотоэлектронная следящая сиетема связана обратной связью с анализатором и отсчетным устройством, что позволяет исключить компенсатор из измерительной схемы устройства и повысить точность измерения.

На чертеже представлена принципиальная

схема предлагаемого устройства применительно к измерению показателя преломления исследуемой среды.

Устройство состоит из источника / света, поляризатора 2, модулятора 3 света по колебаниям его плоскости поляризации, призмы 4 полного внутреннего отражения, омываемой исследуемой средой, анализатора 5 с отсчетным устройством, фотоприемника 6, электронного усилителя 7 и фазового двигателя 8.

Монохроматический световой поток от источника / света, пройдя поляризатор 2 и модулятор 3 света, направляется под углом на измерительную поверхность призмы 4. Известно, что плоскополяризованный свет, падающий из прозрачной изотропной среды 9 под углом ф на границу со средой 10, при полном внутреннем отражении оказывается эллиптически поляризованным; при этом между взаимно перпендикулярными компонентами вектора отраженной волны обнаруживается сдвиг фазы б, зависящий от угла падения ф и показателей преломления среды 9 и 10, определяемой уравнением:

/

N slnji - ( -

COStp

(1)

Отраженный эллиптически поляризованный свет поступает на анализатор 5. Далее модулированный по интенсивности световой поток преобразуется при помощи фотоэлектронного Зстройства 6, 7 в переменное напряжение, которое подается на одну из двух обмоток статора реверсивного электродвигателя 8. Вторая обмотка двигателя питается напряжением от общего источника с модулятором. Двигатель S кинематически связан с анализатором. Интенсивность света на выходе из анализатора в такой системе (при отсутствии модуляции света по колебаниям его плоскости поляризации) выражается зависимостью: г /, ГсОЗ (Р - а) - sin 2а Sln2p Sln - 1 где /о - интенсивность поляризованного пучка лучей, пропущенного поляризатором;аир - углы между направлениями колебаний, пропускаемыми соответственно поляризатором и анализатором, и направлением колебаний одного из компонент электрического вектора отраженной волны. При повороте анализатора, т. е. при изменении угла р, экстремальным значениям интенсивности отвечает угол р рэкстр-, связанный с разностью фаз б зависимостью: tg2p«eTp. tg2aCOs8.( Эта зависимость вытекает из условия равенства нулю частной производной --. При введении в систему модуляции света по колебаниям его плоскости поляризации переменная составляющая интенсивности модулированного света после анализатора состоит в общем случае из слагающих изменяющихся с частотой равной частоте модуляции и удвоенной (выспшм.и гармониками ввиду их малости можно пренебречь). При угле Рэкстр., соответствующем экстремальным значениям интенсивности, в переменной составляющей интенсивности исчезает слагающая, изменяющаяся с частотой модуляции. Это указывает на то, что следящая система лрибора с анализатором в цепи обратной связи будет автоматически следить за изменением разности фаз, а следовательно, согласно зависимости (1) за изменением показателя преломления измеряемой среды. Совместное ращение зависимостей (1) и (2) дает для Рэкстр-: -.(-У .тгН tg2p UJ где К slncp ( - 1). Предмет изобретения Устройство для измерения р.азности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами вектора отраженной волны, содержащее источник монохроматического света, поляризатор, модулятор света, анализатор и фотоэлектронную следящую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, фотоэлектронная следящая система подключена к анализатору с отсчетным устройством.