Способ определения целых порядков интерференции поляризованных лучей Советский патент 1980 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к поляризационно-оптическим измерениям, в част ности к фотоэлектрическим измерениям оптической разности хода лучей, например при исследованиях механически напряжений с использованием явления фотоупругости. Известно несколько способов определения целых порядков интерференции поляризованных лучей, проходящих дву преломляющий объект |1 . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения целых порядков ин терференции поляризованных лучей, проходящих двулучепреломляющий объект, согласно которому с помощью компенсатора, например Сенармона,находят дробную часть порядков интерференции q для монохроматических лучей рабочей длины волны 9Ч) Ч для монохроматических лучей вспомогательной длины волны а затем путем сравнения определяют во сколько целых п-раз раз ница между найденными величинами q и q больше заранее известной постоянной величины ( .) , служащей эталоном для сравнений. . Эта величина является разницей измерений ( ) приходящейся на один порядок интерференции, при условии, что дисперсия двойного лучепреломления О .0, Если же D О, то величина (Г ) уже не является разницей измерения, приходя1цейся на один порядок интерференции, а отличается от него на множитель (1 + а), где а « , тогда (яр-q )|я (1 + а) и применение зависимости ( )го (m. I ) приводит к ошибочным результатам Гз . Недостатками данного способа являются значительные погрешности в определении целых порядков интерференции, вызванные наличием дисперсии двойного лучепреломления материала объекта. Цель изобретения - исключение погрешностей в определении целых порядков интерференции. Эта цель достигается тем, что перед началом работы с объектом из материала с любой неизвестной дисперсией двойного лучепреломления О, производят не контролируемое по спектру изменение вспомогательной длины волны с . на 1 так, чтобы в точке поля интерференции с заранее известным порядком интерференции m для луей рабочей волны , контролируемая азница между q и дробной частью пог ядков интерференции q для измененой вспомогательной длины волны М , очно равнялась известной величине, авной произведению известного поряда интерференции m на известную потояиную величину эталона: сравнения, огласно уравнению {qo-qi)ni (m -х

. о-

s ; .

На чертеже представлена схема уст ройства, реализующего предлагаемый способ,

Световой поток от источника 1, например белого света, попадает на формирователь 2 и в виде параллельного пучка света проходит поляризатор 3, исследуемый объект 4, четвертьволновую пластинку 5, анализатор 6, диафрагму 7 в виде зеркала с точкой, на которую проектируется поле интерференции объекта 4, и делитель 8 света, направляясь на два Лотоприемника 9 и 10. Перед фотоприемником 9 установлен интерференционный фильтр 11 с максимумом пропускания на рабочей длине волны, например Ло 546 Нм, а перед Лотоприемником 10 установлен интерференционный фильтр 12 с возможностью плавного наклона так, что при нормальном положении к пучку его максимум пропускания совпадает, например с 578 Нм, а при наклоне его максимум пропускания плавно смещается в сторону коротких длин волн и совпадает с рабочей длиной волны , . Для наблюдения интерференционной картины служит визуальный канал 13. Совместно с четвертьволновой пластинкой закреплен поляризатор 14, Анализатор 6 приводится во вращение синхронным двигателем 15. Кроме этого устройство содержит датчик нулевого положения анализатора, состоящий из. лампочки 16 и фотодиода 17, а также цифровые фазометры 18 и 19 и решающее устройство 20 .

Определение целых порядков объекта 4 производят следующим образом.

Перед началом серии исследований объектов из нового материала с неизвестной дисперсией двойного лучепреломления один раз для данного типа материала производят своеобразную тарировку путем плавного псЗдбора вспомогательной длины волны Х . , выполняя следующие действия.

В пучок света вводят образец или сам объект 4 из данного материала, по интерференционной картине, наблюдаемой с помощью визуального канаЛа 13, определяют точку объекта с заранее известным порядком интерференции ni и coBMeDiawT ее с центром диафрагмы 7. (такие характерные точки всегда найти легко, по крайней мере в образце) . Поляризатор 3 вместе с четвертьволновой пластинкой 5, быстрая

ось которой совпадает с плоскостью пропускания поляризатора 3 и с плоскостью пропускания закрепленного совместно с ней поляризатором 14, поворачивают в диагональное положение (под углом 45°) по отношению к главным осям выбранной точки объекта 4, Анализатор 6 вращают в одну сторону, например непрерывно с помощью синхронного двигателя 15 с угловой скоростью СО . При этом по фазовому -сдвигу сигналов фотоприемников 9 и 10, относительно датчика нулевого поло ения анализатора 6, состоящего из лампочки 16 и фотодиода 17, например с помощью цифровых Фазометров 18 и 19,

5 определяют углы 9 и 0{ между плоско- стью пропускания анализатора 6 и ортогональным направлением к быстрой ,оси четвертьволновой пластинки 5. Углы 00 и 5 соответствуют дробным чэ.с0 тям порядков интерференции qo Qof для монохроматических лучей рабочей длины волны V( Ч-( f для монохроматических лучей вспомогательной длины волны Л . Затем плавно изменяют вспомогательную длину волны с К до V путем наклона интерференционного фильтра 12 и одновременно контролируют с помощью-решающего устройства 20 разницу измерений (qo- q )m до тех пор, пока эта разница измерений станет равной заранее выбранной величине, например как в случае нулевой дисперсии двойного лучепреломления, т. е. до момента выполнения равенства (По-Ч)1 ( + -) (т. X

(п, sdkrsia.).

51в

л-

Очевидно, равенство имеет место при

0

)

Это значит, что если в выбранной точке объекта 4 порядок интерференции m равняется, например целому числу порядков п (на практике для тарировки удобно выбирать именно такие точки) , то при любой дисперсии двойного лучепреломления О объекта после подбора W величина эталона сравнения, приходящаяся на 1 порядок является такой, какой она была при

{%-Ч )п

f54b-5TS L

jj ( )мм Гзта/ -19

что соответствует в угловой мере (6g -б ) « .

Дальнейшее исследование полей интерференции поляризованньк лучей,

проходящих объект из такого же материала производят следующим образом. С помощью цифровых фазометров 18 и 19 определяют углы 8о и Q между плоскостью пропускания анализатора 6

и ортогональным направлением к быстрой оси четвертьволновой пластинки 5 Углы во и Q соответствуют дробным. частям порядков интерференции q для монохроматических цучеЯ рабочей длины волны и q 2i монохро матических лучей вспомогательной вновь п-одобранной длины волны , а затем с помощью решающего устройства 20 (по старшим разрядам выходной информации) определяют во сколько целых п раз разница между q. и q (найдeнны 1И по величинам во и 6 ) больше постоянной величины, например( , введенной в решающее устройство 0 в качестве эталона сравнения. В результате п9Дбора вспомогательной длины волны Л( , контролируемая , разница между величинами дробных частей порядков q и ql, приводится в соответствие со сравниваемой величиной эталона, т. е. изменяется на величину, пропорциональную коэффициенту дис Персии двойного лучепреломления материала объекта о- процессе сравнения в устройстве 20 получаем истинное значение измеряемого параметра п . Таким образом, контролируемый по разнице измерений дробных порядков интерференции подбор вспомогательной длины волны Л один раз для каждого типа материала объекта позволяет исключить недопустимые погрешности в определении целых порядков интерферен ции п, возникающие в результате различных величин дисперсии двойного лучепреломления О материалов исследуемых объектов, избегая кропотливых измерений D и сложных кропотливых спектральных измерений пучков света. Кроме того, от оператора не требуется никаких расчетов, а для осуществления предлагаемого способа не нужна дополнительная аппаратура по сравнению с существующими устройствами, решающими подобные задачи. Как видно из примера, операция изменения вспомогательной длины волны от 4 вплоть до Ч5 осуществляется простейшими средствами, например путем наклона интерференционного фильтра. Формула изобретения Способ определения целых порядков интерференции поляризованных лучей, прошедших двулучепреломлйюший объект, состоящий в том, что с помощью компенсатора, например Сенармона, находят дробную часть порядков интерференции для монохроматических лучей рабочей длины волны Ло и q , для монохроматических лучей вспомогательной длины волны , а затем путем сравнения определяют во сколько целых п раз разница между найденными величинами t. и q больше заранее известной постоянной величины - , служащей эталоном для .сравнения, отличающийся тем, что, с целью исключения погрешностей в определении целых порядков интерференции, вызванных наличием дисперсии двойного лучепреломления материала объекта, перед началом работы с объектом из материала с любой неизвестной дисперсией двойного лучепреломления О производят неконтролируемое по спектру изменение вспомогательной длины волны с на так, чтобы в точке поля интерференции с заранее известным порядком интерференции m для лучей рабочей длины волны Ло, контролируемая разница между pQ и дробной частью порядков q для измененной вспомогательной длин1л волны Х равнялась известной величине, равной произведению известного порядка интерференции т на известную постоянную величину эталона сравнения, согласно уравнению (q,-q; )п, (Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Эдельштейн Е. И. Вестник Ленинградского университета, 1975, 13, с. 112. 2.Эдельштейн Е. И. Исследования по упругости и пластичности . Изд-во ГУ, 1963, вып. 2, с. 153-156.