Поляриметр Советский патент 1981 года по МПК G01J4/00 

1

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к приборам для измерения поляризации света, и может быть использовано для проведения исследований в астрофизике и при оптических исследованиях.

Известен прибор для фотоэлектрического анализа степени поляризации .световой волны, измерения круговой поляризации слабых светоилх потоков.

Прибор позволяет производить анализ уровня поляризации световой волны и определять три параметра Стокса 1.

Недостатками прибора является невысокая точность измерения за счет модуляции светового потока механическим вращающимсЧ: анализатором, невозможность измерения всех параметров Стокса, необходимость двух отдельных приборов для измерения поляризации световых потоков слабой и сильной интенсивностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является прибор для измерения поляризации световых потоков малой интенсивности содержащий одноканальный измерительный блок, включающий модулятор, анаЛИЗагор, спектральный прибор и Фотоэлектронный умножитель, блок обработки информации, содержаний дискриминаторы нижнего и верхнего уровней, схемы совпадения, формирователи и одновибраторы, блок регистрации и генератор, в цепи обратной связи которого установлен кварцевый резонатор 2 .

Недостатком данного прибора является необходимость подстройки модулятора при -измерении, длины волны исследуемого светового потока. Отсуствие

5 автоматической подстройки амплитуды колебаний генератора, управляющего работой модулятора, приводит к умень шению точности измерений, делает зависимой точность измерения от

20 спектрального диапазона исследуемого светового потока и не- обеспечивает автоматизацию всего процесса измерения.

Цель изобретения - повысюние точности измерения линейной и круговой .поляризации во всем диапазоне видимой части спектра световых потоков различной интенсивности и автоматизация измерений поляризации световых потоков.

Цель достигается тем, что поляриметр, содержащий измерительный блок, блок обработки информации, генератор в цепи обратной связи которого установлен, кварцевый резонатор, и цифровой преобразователь, снабжен блоком автоматического управления генератором, выход которого связан с кварцевым резонатором, и блоком имитации поляризованного ff fnana, содержащим последовательно установленные источник света, оптическую систему формирования светового потока с круговой поляризацией, выдвижной поляроид, сменный светофильтр, модулятор, при этом модуляторы измерительного блока и блока имитации жестко прикреплены к кварцевому резонатору, анализатор и фотоприемник, выход которого соеди нен с блоком автоматического управления генератором, выполненным в виде последовательно установленных широкополосного усилителя, фильтров третьей и четвертой гармоники, дискриминатора сигнала ошибки и усилителя постоянного тока, выход которого соединен с генератором, вход дискриминатора сигнала ошибки подключен к одному из фильтров, выход широкополосного усилителя соединен с Фопмирователем стробов блока обработки информации, л анализатор и два Лотоприемника измерительного блока установлены на одном основан-ии с возможностью поворота.

На Фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого поляриметра; на фиг. 2 - его структурная схема.

Поляриметр содержит измерительный блок, через входную диафрагму 1 которого проходит световой поток от источника 2 исследуемого света , Цветной светофильтр 3, акустооптический модулятор 4 и установленные на одном основании с возможностью поворота вокруг оси пучка анализатор 5, нейтральный светоЛильтр 6, линзы 7 и 8 лабри к Фотоэлектронные умножители (ЛЭУ) 9 и 10.

Для наведения на исследуемый источник 2 света поляриметр имеет окуляр 11с выдвижной поворотной призмой 12. Ппя проверки прибора служит выдвижная калибровочная призма 13. Блок имитации поляризованного сигнал содержит источник 14 света, отражатель 15, конденсатор 16, поляроид 17, ромб 18 Лренеля, выдвижной пленочный поляроид 19, цветной светофильтр 20, акустооптический модулятор 21, поляроид-анализатор 22, линзу 23 Т)абри и лйУ 24. Акустооптические модуляторы 4 и 21 жестко прикреплены к торцам кварцевого резонатора 25.

Блок обработки информации содержит Формирователь 26 стробов и два идентичных канала, состоящих из импульсного усилителя 27 (28), дискриминатора 29 (30) амплитуды и коммутатора 31 (32) сигналов.

Блок циЛрового преобразователя содеЪжит устройство 33 управления счетом, счетчи ;и 34 - 37 импульсов, и цифровые индикаторы 38 - 41 и имеет выходы на ЭВМ.

Блок автоматического управления содержит широкополосный усилитель 42 с АРУ, фильтры третьей 43 и четвертой 44 гармоник частоты модулятора, дискриминатор 45 сигнала ошибки и усилитель 46 постоянного тока.

Блок генератора состоит из управляющего элемента 47, генератора 48 синусоидальных колебаний и кварцевого резонатора 25,

Поляриметр позволяет производить измерения круговой и линейной поляризации света и определять все четыре параметра Стокса световых потоков различной, в том числе, меняющейся по времени интенсивности.

Поляриметр работает следующим образом.

При помощи выдвижного окуляра 11 с поворотной призмой 12 поляриметр наводится на исследуемый источник 2 света, исследуемый световой поток от которого, пройдя диафрагму 1 и цветной светофильтр 3, попадает на акустический модулятор 4. Цветной светофильтр 3 выделяет исследуемую спектральную область источника света. Акустооптический модулятор 4, выполненный из блока изотропного плавленого кварца, механически соединен с кварцевым резрнатором 25. Кварцевый резонатор возбуждается электрическим полем генератора 48 синусоидальных колебаний. Механические колебания кварцевого резонатора 25 переедаются акустооптическому модулятору 4 и возбуждгиот 3 нем стоячую ультразвуковую волну, создающую упругое двулучепреломление. Направление упругих деформаций в пластине акустооптического модулятора 4 перпендикулярно направлению распространения светового пучка. Размеры пластины и частота колебаний акустооптического модулятора подбираются так, чтобы в ней устано-. вилась одна стоячая полуволна (длина пластины 6-Vj/2, где Vj - скорость звука в плавленом кварце, f - частота модуляции). Частота колебаний акустооптического модулятора 4 определяется размерами пластины и лежит в пределах 30 - 100 кГц.

Акустооптический модулятор 4 осуществляет фазовую модуляцию компоненты вектора t светового потока, направленной вдоль длинной оси пластины акустооптического модулятора. Линейный анализатор 5 разделяет световой поток на два пучка с взаимно ортогональными компонентами, направленными под углом 45° относительно 5 осей модулятора при измерении круго- . вой поляризации и 22,5° при измерении линейной поляризации, и преобразует фазовую модуляцию светового потока в амплитудную. Изменение угла производится поворотом основания. Разделенные световые пучки проходят через нейтральный светофильтр 6, который ослабляет световой поток средней и большой интенсивности, и фокусируются линзами 7 и 8 на фотокатодах 9 и 10 ФЭУ, работающих в режиме счета фотонов. Блок имитации поляризованного сигнала производит формирование светового потока по виду исследуемой поляризации и спект ральному диапазону. Отражатель 15 и .конденсор 16 формируют параксиальный световой поток от источника 14 света, который линейно поляризуется поляроидом 17, а пройдя ромб лренеля приобретает круговую поляризацию. Для измерения линейной поляризации выдвижной пленочный поляроид 19 устанавливается на пути светового потока и производит преобразование кру говой поляризации светового потока в линейную. Дгшее световой поток проходит цветной светофильтр 20, идентичный светофильтру 3 и акустооптический модулятор 21, идентичный акустоопти ческому модулятору 4. Анализатор 22 преобразует фазовую модуляцию светового потока в амплитудную. Линза Фабри 23 Фокусирует имитированный световой поток на Лотокатоде 24 лЭУ который работает в аналоговом режим Выходной сигнал с ЭУ 24 поступает на вход широкополосного усилителя 42 с блока автоматического управления. Этот блок производит авто матическое управление работой акуст оптических модуляторов и Лормировате ля стробов блока обработки инЛормации. Акустооптические модуляторы 4и 21 работают в режиме перемодуляци на 20-30%. Выходной сигнал с ЛЭУ 24 при изм рении круговой поляризации содержит нечетные гармоники основной частоты акустооптического модулятора 21, а при измерении линейной поляризации содержит четные гармоники. Соотноше ния между первой и третьей гармониками при измерении круговой поляризации, -а при измерении линейной пол ризации между второй и четвертой га мониками, соответствуют определенно амплитуде колебаний акустооптическо го модулятора 21. С выхода широкопо лосного усилителя 42 усиленный сигн содержащий нечетные или четные гармоники, поступает на Формирователь 25 стробов блока обработки инЛормации и Лильтры третьей 43 и четверто 44 гармоник. , . При измерении параметров кругово поляризации используется.Лильтр третьей гармоники, при измерении параметров линейной поляризации фильтр четвертой гармоники. Сигнал с выхода одного из Лильтров поступает на дискриминатор 45. Дискриминатор преобразует выделенный Лильтром сигнал в сигнал ошибки, -готорый усиливается усилителем постоянного тока 46 и подается на управляющий элемент 47 блока генератора. Управляющий элемент 47 преобразует сигнал ошибки в управляющее напряжение, которое задает амплитуду синусоидальных колебаний генератора 48, в цепи обратной связи которого установлен кварцевый резонатор 25. ИзАенение амплитуды синусоидсшьных колебаний генератора 48 вызывает изменение амплитуды упругих колебаний акустооп- ических модуляторов 4 и 21. Импульсы с выхода ЛЗУ 9 и 10 измерительного блока поступают на усилители 27 и 28 блока обработки информации. Усилители 27 и 28 производят линейное усиление импульсов, а дискриминаторы 29 и 30 амплитуд нормируют импульсы по амплитуде. С выходов дискриминаторов 29 и 30 амплитуд импульсы поступают на коммутаторы 31 и 32 сигналов. Работой ком 1утаторов управляет Формирователь 26 стробов, на вход которого посту-пает сигнал с выхода широкополосного усилителя 42. Лормирователь 26 стробов Аормирует стробы из сигнала ос- . новной гармоники, первой при измерении круговой поляризации и второй при измерении линейной поляризации, фаза которых жестко привязана к фазе колебаний акустооптического модулятора 21. С выхода коммутаторов 31 и 32 сигналы поступгиот на счетчики 34-37 импульсов, которые производят счет импульсов в интервалы времени, определяемые стробами, вырабатываемыми формирователем 26 стробов. Полное время счета кратно целому числупериодов модуляции акустооптического модулятора 21. Суммарное время счета задается устройством 33 управления счетом. Результаты счета индицируются на цифровых индикаторах 38 - 44, а также передаются на ЭВМ для дальнейшей обработки и хранения. Для проверки комплексного функционирования всех блоков прибора предусмотрено наличие выдвижной калибровочной призмы 13. Призма преобразует падающий световой поток в 100% линейно-поляризованный. Результаты измерений индицируются на цифровых индикаторах 38 - 41 и позволяют оценить качество работы прибора в целом. Для исследования поляризации светового потока в различных спект- ральных диапазонах световой поток пропускается через соответствуглцие цветные светофильтры. Для уменьшения рашбок измерения поляризации в различных областях спектра в поляркметре производится автоматическое измегнение амплитуды колебаний акустоопл-ического модулятора 4.

При смене цветных светофильтров 6 и 22. в момент времени t. , происходит изменение амплитуды третьей гармоники в выходном сигнале ФЭУ 24, которая выделяется фильтром 43 и приводит к изменению уровня выходного сигнала дискриминатора 45. Изменение напряжения на выходе дискриминатора вызывает изменение амплитуды колебаний генератора 48 синусоидальных напряжений, что приводит к изменению амплитуды упругих колебаний акустооптических модуляторов 4 и 21 таким образом, что фазовый сдвиг между ортогональными компонентами вектора Е светового потока остается неизменным.

Предлагаемое изобретение повылает точность измерения степени поляризации световых.потоков.слабой, средней и сильной интенсивности независимо от их спектрального диапазона, в том числе интенсивности, .меняющейся во времени, определяет все параметры Стокса и автоматизирует процесс измерений.

Формула изобретения

.Поляриметр, содержащий измери- тельный блок со сменным светофильтром кюдулятором, а нализатором и фотоприемниками,, блок обработки информации, с формирователем стробов и двумя идентичными каналами с последовательно установленными импульсным усилителем, дискриминатором амплитуды и коммутатором сигналов, генератор, в цепи обратной связи которого установлен кварцевый резонатор, и циЛровой преобразователь, вход которого соединен с выходом коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения поляризации световых потоков, он снабжен блоком автоматического управления генератором, выход которого связан с .кварцевым резонатором, и блоком имитации поляризованного сигнала, последовательно установленные источник света, оптическую систему формиO рования светового потока с круговой поляризацией, выдвижной поляроид, сменный светофильтр, модулятор, при этом модуляторы измерительного блока и блока имитации жестко прикреплены

5 к кварцевому резонатору, анализатор и фотоприемник, выход которого соединен с блоком автоматического управления генератором, выполненным в виде последовательно установленных

Q широкополосного усилителя, фильтров третьей и четвертой гармоник, дискриминатора сигнала ошибки и усилителя постоянного тока, выход которого соединен с генератором, вход дискриминатора сигнала ошибки подключен к одному из фильтров, выход широкополосного усилителя соединен с формирователем стробов блока обработки информации, а анализатор и два фотоприемника измерительного блока установлены на одном основании с возможностью поворота.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент г:ДР № 120294, кл. G 01 N 21/40, 1976.

2. Балацюк А.П. и др. Измерение поляризации световых потоков малой интенсивности в режиме счет фотонов. 0 Приборы и техника эксперта , 1976, 1, с. 171-173.

f9 .1