Устройство для регистрации нестационарных полей градиента показателя преломления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШСТРАЦИИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПОЛЕЙ ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучения лазера расщепитель лазерного пучка, соединенный с блоком управления, линзу-формирователь приёмнзпо линзу и измерительное устройство, снабженное матрицей фотодиодов , соединенных попарно диагонально через дифференциальный усилитель , отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности и чувствительности регистрации при наличии стационарного или квазистационарного градиента показателя преломления , расщепитель ядерного пучка выполнен в виде ультразвукового модулятора Брегга, установленного так, что плоскость развертки лазерного .пучка проходит через прямую, на которой расположены фотодиоды, а блок управления содержит набор генераторов различных частот с Независимой подстройкой, число которых равно числу попарно диагональных соединений .

СОЮЗ COBETCHHX

ONNV

l%CflVSllHH (IS) (! 1) SU (Sl)4 G 01 И 21/43

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУД СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МММ НВЮВ4Ю (21) 3411365/18-25 ,(22) 22.03.82 (46) 30.09.85. Бюл. N.36 (72) О.А.Евтихиева и Б.С.Ринкевичюс (71) Иосковский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 535.24 (088.8) (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

НЕСТАЦИОНАРНИХ ПОЛЕЙ ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучения лазера расщепитель лазерного пучка, соединенный с блоком управления, линзу-формирователь, приемную линзу и измерительное устройство, снабженное матрицей фотодиодов, соединенных попарно диагонально через дифференциальный усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности регистрации при наличии стационарного или квазистационарного градиента показателя преломления, расщепитель ярерного пучка выполнен в виде ультразвукового модулятора Брегга, установленноготак, что плоскость развертки лазерного .пучка проходит через прямую, на которой расположены фотодиоды, а блок управления содержит набор генераторов различных частот с независимой подстройкой, число которых равно числу попарно диагональных соединений.

1 1072

Изобретение относится к области оптических измерений, а также рефрактометрии и может применяться в тех случаях, когда на фоне имеющегося квазистационарного поля показателя преломления развивается нестационарный процесс.

Известно устройство для регистрации градиента показателя преломления, содержащее лазер, линзу-форми- 10 рователь и измерительное устройство для регистрации углов отклонения тонкого светового пучка, прошедшего через неоднородную среду. Недостатком устройства является то, что 15 используется одно его перемещение относительно среды для снятия зависимости углов отклонения пучка ст координат его входа в неоднородность. 20

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению яв— ляется устройство для регистрации нестационарных полей градиента показателя преломления, содержащее ла- 25 зер и расположенные последовательно по ходу излучения лазера расщепи— тель ядерного пучка, соединенный с блоком управления, линзу-формирователь, приемную линзу и измерительное 50 . устройство, снабженное матрицей фотодиадов, соединенных попарно диагонально через дифференциальный усилитель. В качестве расщепителя лазер1 ного пучка используется ультразвуковой преобразователь Замана-Ната.

Недостатками этого устройства является низкая точность и низкая чувствительность регистрации нестационарных полей градента показателя пре- 40 ломления, развивающихся на фоне стационарных и квазистационарных полей, вследствие невозможности управления каждым пучком в отдельности, так как при изменении каких-либо па- 15 раметров модулятора вносятся изменения одновременно в параметры всех пучков. При этом до начала измерения нестационарного процесса иэ-за наличия стационарного или квазистационар- 50 ного градиента показателя преломления световые пучки будут смещены относительно нулевого положения, что и приводит к снижению точности и чувствительности устройства. Кроме того, 55 при сильной изначальной неоднородности пучок может выйти за пределы рабочего участка фотоприемника, что

590 сделает в принципе невозможным исследование нестационарного процесса.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности регистрации при наличии стационарного или квазистационарного градиента показателя преломления.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для регистрации нестационарных полей градиента показателя преломления, содержащем лазер и расположенные последовательно по ходу излучения лазера расщепитель лазерного пучка, соединенный с блоком управления, линзу-формирователь, приемную линзу и измерительное устройство, снабженное матрицей фотодиодов, соединенных попарно диагонально через дифференциальный усилитель, расширитель лазерного пучка выполнен в виде ультразукового модулятора Брегга, установленного так, что плоскость развертки лазерного пучка проходит через прямую, на которой расположены фотодиоды, а блок управления содержит набор генераторов различных частот с независимой подстройкой, число которых равно числу попарно диагональных со— единений.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1, расщепитель 2 лазерного пучка, блок 3 управления, линзу-формирователь 4 излучения, падающего на исследуемый объект 5, приемную линзу 6 и измерительное устройство 7.

В качестве расщепителя лазерного пучка 2 использован ультразвуковой модулятор Брегга, в котором происходит дифракция света. Угол дифракции однозначно связан с частотой ультразвуковой волны и меняется при ее изменении. Изменить частоту ультразвуковой волны, а значит и угол дифракции можно, изменяя частоту напряжения, подаваемого на модулятор

Если подать на модулятор набор нескольких напряжений разных частот, то на выходе модулятора будет набор пучков, каждый иэ которых будет соответствовать напряжению определенной частоты. Таким образом, в случае Брегговской дифракции возмож—

10725

Редактор П.Горькова

Техред М.Надь

Корректор В.Гирняк

Заказ 6643/4 Тираж 896

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 на иметь набор пучков, соответствующих одному порядку дифракции, но разным частотам.

Блок 3 управления содержит набор генераторов с разными частотами, 5 частота каждого из которых может меняться в определенных пределах.

С помощью электронной схемы каждый из генераторов подключается в последовательности, обеспечивающей мо- fQ дуляцию световых пучков по интенсивности. Для этого в любой момент времени сигнал снимается с одного генератора. При подаче однократного импульса цодключается следующий 15 генератор. Для получения последовательности набора частот подаются импульсы с определенной частотой следования, которая определяется необходимым быстродействием. Поскольку 2О частоту каждого задающего генератора можно менять в отдельности, то и управлять положением каждого светового пучка в пространстве можно независимо друг от друга. 25

Устройство работает следующим образом.

При прохождении световых пучков через неоднородность с квазистационарным градиентом показателя преломления они отклоняются на некоторый угол и сместятся на некоторое расстояние в плоскости матрицы фотодиодов. Матрица фотодиодов расположена таким образом, чтобы центр не35 ,отклоненного светового пучка совпадал с пересечением диагонолей между фотодиодоами, при этом сигнал на выходе измерительного устройства равняется нулю. При отклонении светово40 го пучка на выходе измерительного устройства возникает электрический сигнал, пропорциональный смещению, вызванному квазистационарным градиентом показателя преломления. Чувстви- .

45 тельность и точность измерений падает по мере смещения пучка от нулевого положения. Поэтому, если на

90 4 фоне квазистационарного режима возникнет нестационарный, условия регистрации углов отклонения будут не оптимальными. Кроме того, при сильном квазистационарном градиенте показателя преломления пучок может выйти за пределы рабочего участка (за пределы площади фотодиодов), так что дальнейшее исследовлние нестационарного режима станет невозможным.

Изменяя частоты генераторов, можно добиться того, чтобы каждый из пучков, отклоненных в результате прохождения через кваэистационарное поле градиента показателя преломления, вернулся в центр соответствующей диагонали. Если теперь в среде воз-— никнет нестационарный градиент показателя преломления, то условия его регистрации будут оптимальными.

Устройство было опробовано для исследования полей градиента температуры. Источником излучения служил

Не-Ne лазер. В качестве модулятора

Брегга использовался модулятор с несущей частотой в 28 МГц. Блок управления представлял собой набор десяти генераторов с частотами

25,0, 25,5, ..., 30,0 МГц. Частоту каждого генератора можно менять в пределах t00 кГц. Внешняя модуляция осуществлялась с помощью генератора, выдающего импульсы длительностью

10 мкс с частотой 4 кГц. При этом возможно вернуть в исходное положение пучок, сместившийся за счет кваэистационарного поля градиента показателя преломления на величину, составляющую 50Х от рабочего диапазона,измерительного устройства.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность и чувствительность регистрации нестационарных полей градиента показателя преломления при наличии стационарных и квазистационарных градиентов.