Спектрополяриметр Советский патент 1979 года по МПК G01J4/04 

(54) СПЕКТРОПОЛЯРИЛ1ЕТР поллошью известных технических срелст при этом действие второй гармоники эквивапеитно действию шума. Прямые измерения фазового сдвит а по амплитуде первой гармоники невозможны, так как амплитуда первой гармоники связан с измеряемым фазовым сдвигом, преобразованным в поворот плоскости поля ризации нелинейной тригонометрической зависимостью 3(0 Эов1п(2д1р)|5-д, jjj - амплитуда первой гармоники; Зр - интенсивность падаюшего tp - угол поворота плоскости поляризации, пропорциональный фазовому сдвигу; 6д - амплитуда фазового сдпига, вызываемого ст1усойдальным. напряжением, приложенным ячейке Поккельса. При малых значениях ДСр используется наиболее пологий учасчхэк х зрактернстики. Для увеличение сигналов первой г.армоники надо увеличивать &-(, , чо при этом еще быстрее растет амплитуда второй гармоники, которая пропорциона на Квадрату (5 . В известном устройстве применяют косвеншле измерения, осутцествляемые путем поворота анализатора до полной компенсации первой гармоники. Недостатком известного ycTpoitcTBa является малая чувствительность измерений, определяемая значением амплитуды первой гармоники, а также что компенсатор Сенармона состоит из 2 фазовой пластшы, как известно, строго 4 эта Т1ласт1гаа может быть только для одной определенной дл1шы волны оптического излучения, кроме того, SQ в электрическом модуляторе сильно зависит от окружакзщей среды , влажности, дЯины волны оптического излучения. Все это приводит к- погрешностям при исследовании спектральной дисперсии фазового сдвига в двулуче-преломляющей среде или требует значительных затрат времени для установления величины &Q перед кажшлм- измерением. Целью изобретения 51вляется повыше ние чувствительности и точности измерений фазового сдвига и его спектральной дисперсии. Поставленная цель достигаетс, что спектрополяриметр снабжен допол нительным фото приемником и лотюпниTefibHbrM синхродетекгором, а блок питания модулятора выполнен с управляьлиим р .ходом, который соединен с выходом дополнительного синхродетектора. При этом на дополнительный фогоприем1шк попадает толгжо та часть спетояюго ютока, которая не проходила через исследуемый образец, а блок питания модулято|1а вырабат1,1вает прямоугюльное униполярное напряжение. На фиг. 1 изоб)ажена временная диаграмма напряжения на электрооптичес:ком модуляторе; на фИг. 2 - переме- шониг; рабочей точки на светогюй характеристике,- на фиг. 3 - функциональная схема устройства. Аналитическое выражение, связывающее интенсивностт пропушеннотх) света и фазовый сдвиг для схемы, содержащей скрошенные или параллельные поляризатор и аналиаатор, обшеиовостно и имеет вид 3 - a lltcost). Па фиг. 2 дано Геометрическое изображение этой зависимости (так Называемая световая характеристика). Легко установить, что эта характеристика симметрична относительно перпендикуля за,-. восстановленного в точках , З и т.д. Пслн на электрооптический модулятор подано униполярное прямоугольное напряжение, максимальное и минимальное значения которого связаны соотношением при этом Un,QfiTijt, т. е. U )беспеч твает фазовый сдвиг 1.;, то рао бес бочпя точка будет скачком пфеходитт:) КЗ положения а в положение , обоим положениям, вследствие симметрии характеристики, соответствует одна и та же интенсивность проходя1не1х света. Для всех других значений U будет иметь место модуляция светового потока. Модуляция с етово(Х1 потока будет также и npnUj Дд в случае, если между поляризатором и анализатором поместить образеп, произвольный фазовый сдвиг б . Заметим, что точки С1 н Ъ расположены точно на серединах линейных участков характеристики, которые к тому же являются и наиболее крутыми участками. Устройство содержит поляризатор I, нес. едуемый образен 2, ячейку ПоКкепьса 3 (модулятор), анализатор 4, фотоприемн-ик измерйтелтлого канала 5, синхрбдетектор измерительного канала 6, дополнительный фслтоприемник 7, допоп- 5 нительный синхронизатор 8, генератор прямоугольного напряжения 9. Суема выполнена таким образом, что часть светового потока после полярн- 1, пропущенного об(изца 2 проходит ту же оптическую систему (поляризатор 1 - модулятор 3 -анализатор 4) и попадает на дополнительный фотоприемник 7. Если U-.,,.. утгравляюшего напряжения в точности не соот ветствует IT jy, то на входе дополнительного синхродеГектора 8 появится переменный сигнал, амплитуда и фаза которого несут информацию о величине и знаке этого несоответствия, а в измерительном канале в это время действует смесь двух сигналов: ложного и истинного. Сигнал с выхода дополнительного синхрояетектора 8 поступает на вход угфавления амплитудой блока питания модулятора 9 (генератор прямоугольного напряжения) и изменяет полнения точного равенства ., т.е до полного исчезновения переменного сигнала на выходе дополнительного синхродетектора, при этом в измерительном канале останется лишь сигнал, соответствующий измеряемому, фазовому сдви ГУ в образце. При измерении спектральной дисперсии фазово1х сдвига гпах страивается автоматически, следуя за изменением длины волны оптического игмт учения. Таким образом, испольсювание предлагаемого устройства позволяет расположить рабочую точку точно на середине линейного участка световой характеристики и автоматически поддерживать это положение с высокой точностью что делает возможным прямгде измерения; работать с максимальной чувстви тельностью, так как именно на линейном участке крутизна световой характеристи ки наибольшая; исключить влияние 2-й гармоники на точность измерений. В сравнении с известным предлагаемое устройство свободно от недостатков обусловленных несовершенством компенi- 6 Секгэрмона и зависимостью б в фазовом эпектрическом модуляторе от внешних условий и длшты волньг о ггнчес- кого Ш-шучения. Так как почти любому прибору тфисущя ногрепшости, определяемые качеством оптических элементов и точяостъю их юстировки, то в зависимое; ти от ИХ относительного вклада в . общую погреииость, предгигаеьюе устройство об юпечнвает тювьгшение чувствительности и точа ости измерений от 5 до 1О раз в сравнении с извеспым. Резко сокращается время измерения спектральной Дисперсии фазового сдвига, так как установка необходЕЕмой величины SQ осуществляется авто итически. -Формула изобретения Спектрополяриме1р, содержащий полярксзатор, электрооптпческнй .модулятор, бяок питания модулятора анализатор, фотоприемннк к синхродетектор, отличающийся тем, что, с целью повьпиення чувствите ЕЬНости и точности измерений, он снабжен дополнительным фотоприемником и дополнительным син- хродет ктором, а блок питания ь« дулятора выполнен с управ71яющим входом, кото рый соединен с выходом Допгмтнигольного с инх ро лете ктора, Источники 1шформаций, принятые во тфи экспертизе 1.Шмиповский А. А. Прикладная фиическая о1ттика, 1961, с, 521, 2.Патент США № 352О617, л. 356-117, опублик. 14.07.7О. 3.O.Konok „Use о the etectro-optic idbt modueators for the measurements f f iVefHn ence, CbscKosCovak ToupnoP iPhysics , 1974, у.ЬгД , КГ-Ч-, p. 5S5 65 (Прототип)

и

ut.i

Фиг. 2

Фиг.З