(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
I
Изобретение относится к оптике и может быть использовано при определении показателей преломления тонких пленок, пластинок, покрытий, микропрепаратов и других подобных объектов в оптическом приборостроении, химии, минералогии, физике высоких давлений к т.д.
Известен интерферометрический способ определения показателей преломления путем пропускания луча света через объект, измерения толщины образца и наблюдения интерференционной картины fl .
Недостатки этого способа заключаются в том, что для измерения необходимо наличие эталона с заранее известным показателем преломления; при определении показателя преломпения необходимо измерение его толщины причем точность измерения толщины непосредственно влияет на точность определения показателя преломления; все интерферометрические способы игпользуются для определения показателей пр-еломления в проходящем свете.
Кроме того, указанный способ пригоден только при измерениях микрообъектов толщиной более 1 мм, неизвестно использование интерферометрических способов для измерения показателей преломления у микрообъективов.
to
Наиболее близким к предлагаемому является интерференционный способ измерения показателей преломления пластинок. При осуществлении этого способа измеряемая плоскопараллельная
15 пластинка помещается в параллельном пучке лучей, выходящих из монохроматора. Испытуемая пластинка устанавливается на угло1 ерном приборе, позволяющем измерять углы ее поворота. Для
20 исключения необходимости измерения толщины пластинки измерение разности хода производится дважды (в проходящем свете и в отраженном свете) путем вращения пластинки и измерения угла ее поворота. Определение показателя преломления производится по формульной зависимости, в которую вхо дит число волн, (интерференционных полос)5 соответствующее длине хода луча в пластинке в проходящем и отраженном свете. При этом для определения числа волн необходимо выполнение нескольких промежуточных вычислений Таким образом, при использований этого способа необходимо дважды опре,делить число интерференционных полос (для проходящего и отраженного выполнить измерение угла поворота пластинки и провести промежуточные вычисления для использования их затем в основной формуле. Все это приводит к дополнительным затратам времени и усложнению аппаратуры из-за необходи мости поворота пластинок. Применение этого способа для измерения фаз гете рогенных микропрепаратов практически невозможно, так как в этом случае потребовалось -бы извлечь исследуемую фазу из препарата, изготовить из нее плоскопараллельную пластинку и выпол нить соответствующие измерения. Учитывая, что исследуемые включения могут иметь размер порядка нескольких микрон, обладать повышенной хрупкостью или твердостью, изготовление пластинок из них практически невозможно . Этот способ не может быть применен для измерения показателей прелом ления в отраженном свете, представляющего большой интерес для пленок, нанесенных на непрозрачную подложку. Кроме того, в экстремальных условиях, например при определении показателя преломления вещества, раздавленного в тонкую пленку.между алмазными призмами, находящимися под высоким давлением, поворот пленки невозможен. Следовательно, в подобных экстремальных случаях показатель пре ломления н может быть измерен. Цель изобретения - ускорение процесса измерений и обеспечение изме-рений в экстремальных условиях. Поставленная цель достигается тем что в интерференционном способе определения показателя преломления, заключающейся в том, что пучок света направляют на объект, фокусируют его на щель спектрографа и наблюдают интерференционную картину в плоскости 8 4 спектра, сходящийся белый пучок лучей направляют на объект, фокусируют отраженные от поверхности обьекта лучи на щель спектрографа, наблюдают через измерительное устройство спектрально-угловую интерференционнуюкартину, выбирают любую темную полосу, наводят отсчетную метку измерительного устройства на участки полосы, соответствующие минимальному и максимальному углам падения светового пучка, с помощью измерительного устройства определяют соответст ующие этим углам длины волн,: по которым судят о показателе преломления объекта. На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - спектрально-угловая интерференционная картина. Устройство содержит образец 1, лин зу 2, спектрограф 3 и измерительное устройство 4 с отсчетной меткой. Способ осуществляется следующим образом. На поверхность плоскопараллельного прозрачного образца 1 направляют сходящийся белый пучок лучей с углом падения от Myvi y, до Mniax Лучи отражаются от верхней и нижней поверхностей объекта. Установленной на пути отраженных лучей линзой 2 фокусирутот отраженные лучи на входную щель спектрографа 3 и наблюдают полученную в плоскости спектра спектрально-угловую интерференционную картину, которую измеряют с помощью измерительного уст ройства 4. Ее возникновение объясняется следующим образом. Оптическая разность хода К в длинах волн Д, для лучей, отраженных от поверхностей пластинки под углом Ц , при толщине h определяется известной формулойIJin/JT Sih V Л(О На полученной интерференционной спектрограмме выбирают любую темную полосу и определяют для нее длины волн, соответствующие углам падения лучей Ууу,4и тс( записать , 2tlVn -sin Если в формуле (2) известны YlC|ц. а также Ч и 1, из нее следует формула для определенияпоказателя преломления объекта ,г. 1и.Ха.-Сак ;|Чиг (з) г - / S- . X . Измерения , и А. выполняют измерительным устройством 4 с отсчетной шкалой, проградуированной в длинах волн, например, с помощью бисектора винтового окулярного микрометра Углы Нуу и ,о| определяют при аттестации прибора, которым производят измерения по предлагаемому способу. При этом использукхт вещества с заранее известным показателем преломления . Предлагаемый способ может быть ис польЕ ован и для измерения толщины объекта. Для этого находят длины вол соответствующие К-1 и К+1 темным ин терференционным полосам при Чу,(Х Хд (фиг.2). Из формулы (1) следует sln MjmM 2И-т/ п sin M wvlvi Х Из формул 44) и(5) для величины h получаем выражение л -2. ) Таким образом, по сравнению с известными способами предлагаемый интерфер.еодионный способ измерения показателей преломления тонких пластино пленок., фазовых включений в микропре паратах имеет следующие преимущества Позволяет определять показатель преломления отдельных фаз, образующих включения в микропрепаратах без их извлечения из шлифов и срезов. Пр этом отпадают дополнительные и трудоемкие операции и аппаратура для извлечения включений, отпадает необходимость в наборах иммерсионных жид костей и их аттестации, а также в других затратах времени и средств, связанных с применением предлагаемого иммерсионного метода. Позволяет производить измерения только в отраженном свете на микрообъектАх с поперечными размерами до 5 мкм. Такие измерения представляют особьш интерес при измерении показа телей преломления в экстремальных у ловиях, например при сжатии веществ .между алмазными наковальнями при - сверхвысоких давлениях, при измере86 иях пленок, нанесенных на непрозачную подложку и в других аналогичых случаях. Для подобных случаев в астоящее время не существует прямых етодов измерения показателей ;1реломения. При измерении показателей преломения по предлагаемому способу не требуется применение эталона и опрееления толщины объекта или использование дополнительных побочных действий, позволяющих исключить измерение толщины объектов, а также не требуется высокая монохроматичность освещающего пучка лучей. При этом попутно может быть также определена толщина объекта. Обобщая все изложенные преимущест--. ва предлагаемого способа можно сделать вывод, что трудоемкость операций при измерении показателей преломления сокращается не менее, чем в 2-3 раза, уменьшаются затраты на оборудование примерно в 1,2-1,5 раза а также появляется возможность измерения показателей преломления для объектов, находящихся в экстремальных условиях. Формула изобретения Интерференционный способ определения показателя преломления, заключаюЕц йся в том, что пучок света направляют на объект, фокусируют его на щель спектрографа и наблюдают интерференционную картину в плоскости спектра, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса измерений и обеспечения измерений в экстремальных условиях, сходящийся белый пучок лучей направляют на объект фокусируют отраженные от поверхности объекта лучи на щель спектрографа, наблюдают через измерительное устройство спектрально-угловую интерференционную картину, выбирают любую темную полосу, наводят отсчетную метку измерительного устройства на участки полосы, соответствующие минимальному и максимальному углам падения светового пучка, с помощью измерительного устройства определяют соответствующие этим углам длины волн, по которьтм судят о показателе преломления объекта. Источники информации, принятые во взимание при экспертизе 1.Борбат А. М. и др. Оптические измерения. Киев,Техника, 1967,гл. УП. 2.Захарьевский А. Н.. Интерферометры. М., Оборонгиз, 1952, с. 232-237 I(прототип).
Гтях
Л| min 9 иг.2 Фиг.1
