Устройство для автоматического определения поляризационного состава светового импульса Советский патент 1983 года по МПК G01J4/04 

Изобретение предназначено для использования в оптических установках различного назначения, в частности в установках по диагностике физических объектов (газа, плазмы, жидкости, тве рдого тела) оптическими методами, а также в астрофизических приборах для определения физических свойств диагносцируемых объектов. Известно устройство для определения поляризационных характеристик све товых сигналов, содержащее поляризационный преобразователь в виде четвертьволновой пластинки, приводимый во вращение электродвигателем, фотоприемник, два стробируемых усилителя и систему регистрации сигналов 1. Недостатками устройства являются невозможность измерения неполяризован ной компоненты света, ограничение минимальной длительности измеряемых све товых импульсов десятками миллисекунд низкая стабильность характеристик кзза наличия механического привода, большие потери света в оптических элементах. Наиболее близким к предлагаемому. по технической сущности является устройство для автоматического определения поляризационного состава светового импульса, содержащее оптически связанные коллиматор, поляризздионный преобразователь, фотодетекторы, свя- занные с системой предварительной обработки сигналов, систему регистрации сигналов. Известное устройство позволяет определять поляризационный состав светового импульса в виде электрических сигналов, соответствующих параметрам Стокса 2. Однако устройство характеризуется малой чувствительностью и точностью измерений, связанньми с делением волнового фронта на шесть частей. Цель изобретения - увеличен11е чувствительности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем оптически связанные коллиматор, поляризациои.ный преобразователь, фотодё екторы, связанные с системой предварительной обработки сигналов, и систему регистрации сигналов, поляризационный преобразовате.пь выполнен в виде электрооптического модулятора, при этом в устройство введен расположенный на оптической оси непосредственно за поляризационньм преобразователем анализатор поляризации с четырьмя оптичегкими выходами/ соединенными со входами четырех фотодетекторов, анализатор поляризации выполнен в виде двух, совмещенных нерабочими боковьми гранями одинаковых поляризационных призм, соответственные оптические оси которых 5 составляют острый угол. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит коллиматор 1, поляризационный преобразователь 2,вы- Ю полненный в виде электрооптического модулятора (ДКДР) и расположенный непосредственно за коллиматором 1 на , оптической оси, анализатор 3 поляризации, расположенный непосредственно 15 за поляризационным преобразователем 2 на оптической оси и выполненный в виде двух поляризационных призм, изготовленных таким образом, что оптические оси одной из них параллельны 0 боковым граням призмы, а у другой составляют с ними угол , причем призмы имеют равные площади рабочих поверхностей и совмещены (склеены) нерабочими боковыми гранями так, что 25 площадь их общей рабочей поверхности равна площади рабочей поверхности поляризационного преобразователя 2 и ,при этом оси одной из призм параллель 1ны оптическим осям X и У поляризаци- jOHHoro преобразователя 2 а оси дру- гой.,составляют с ними угол 45°, фотодетекторы 4, оптические входы которых соединены с выходами призм анализатора 3 поляризации; систему 5 предварительной обработки сигналов, входы которой соединены с выходами фотодетекторов 4, а выходы соединены с входами системы 6 регистрации сигналов; генератор 7 двухполярного пилообразного напряжения четвертьволновой амп-40 литуды одним из выходов соединен с поляризационньм преобразователем 2, а другим - со стробирующим входом системы 5 предварительной обработки сигналов .45

Устройство работает следующим образом.

Вдоль оптической оси.на коллиматор 1 падает свет. Выходящий из коллима- « тора параллельный пучок света падает . в-доль рси Т. на поляризационный преобразователь 2, представляющий собой электрооптический модулятор с линейным электрооптическим эффектом (кристалл ДКДР), питаемый периодическим двухполярным пилообразным напряжением четвертьволновой амплитуды от генератора 7. Прошедший через поляризационный преобразователь свет падает на анализатор 3 поляризации, сое- 60 тоящий из двух призм (Глана), сигналы с оптических выходов которых подаются на входы фотодетекторов 4. Фотодетекторы 4 представляют собой фотоэлектронные умножители (ФЭУ-79) , на вы- 65

ходах которых формируются электрические сигналы, несущие полную информацию о поляризационном составе.

Использование поляризационного преобразователя в виде электрорптического модулятора вместо матрицы из шести поляризационных элементов позволяет уменьшить потери света в поляризационном преобразователе и тем самым повысить чувствительность устройства, а введение анализатора поляризации в В1иде двух поляризационных призм непосредственно за поляризационные преобразователем на оптической оси и соединение их оптических выходов со входами фотодетекторов дает возможность собрать весь свет, прошедший через поляризационный преобразователь, и путем дальнейшей обработки электрических сигналов, с выходов фотодетекторов определить полный поляризационный состав светового импульса слабой интенсивности.

Предлагаемое устройство позволяет определить полный поляризационный состав светового импульса слабой интенсивности при чувствительности в 6 10 раз превышающей чувствительность известного устройства (прототипа) и при потерях света в 10 - 15%; свести к минимуму ошибки измерений, связанные с разнородностью оптических элементов в каналах сбора света, так как в предлагаемом изобретении все поляризационные компоненты света проходят через одни и те же, либо одинаковые оптические элементы, число которых в каждом канале минимально; уменьшить ошибки измерений, вызванные разбиением волнового фронта падающей световой волны на части, путем уменьшения числа разбиений и последухтей совместной обработки сигнала от двух участков волнового фронта.

Экономическая эффективность при эксплуатации устройства на установках по диагностике плазмы методами рассеяния света составляет около 4560 р. экономии фонда заработной платы ежегодно на одно устройство.

Формула изобретения

Устройство для автоматического определения поляризационного состава светового импульса,содержащее оптически связанные коллиматор,поляризационный преобразователь, фотодетекторы, связанные с системой предварительной обработки сигналов, и систему регистрации сигналов,отличающеес я т1ем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, поляризационный преобразователь выполнен в вкде электрооптического модулятора, при этом в устройство введен расположенный на оптической оси непо59средствевно за поляриэационн{л 1 прербразователем анализатор поляризации с четырьмя оптическими выходгши, соедименньми со входами четырех фотодетекторов, анализатор поляризации выпЬлиен в виде двух, совмещенных нерабочими боковьми гранями одинаковых поляризационных призм, соответствукядие 56 оптические оси которых составляют острый угол. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Phys. Rev. Letters.v 46 г iO, 1981. 2.Патент США О 4158506, кл. 356-365, 1977.