Устройство для измерения величины двулучепреломления

 

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее источник монохроматического света и расположенные по ходу луча поляризационную призму, модулятор, измерительную кювету и приемник излучения, соединенный со схемой обработки сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, в него дополнительно введено плоское зеркало, установленное перпендикулярно направлению хода луча, за измерительной кюветой, а модулятор выполнен в виде вращающейся анизртропной полуволновой пластины. , с $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) 3(5g G 01 N 21/23

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ а сО

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3569300/18-25 .(22) 11.01.83 (46 ) 23. 06. 84. Бюл. Р 23 (72 ) Э. Н. Казбеков и И. О. Сумбаев (71) Ленинградский институт ядерной

Физики им. Б.П.Константинова (53) 535.24(088.8) (56) 1. К.С.Lim, 1.I.Ho. apparatus

for High-Везома ution Hirefringence

Measurement in Zignid Crustals.

Мо1.Crust.and Lignid Crust. 1978, Ч. 47, Р 3-4.

2. С.W.Wong.Birefringece measurement using à .photoelastic modulator.

Applied optics 1978, Н. 18, Р 23, р.3996-3998 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЕЛИЧИНЫ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее источник монохроматического света и расположенные по ходу луча поляризационную призму, модулятор, измерительную кювету и приемник излучения, соединенный со схемой обработки сигнала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью ïîâûщения чувствительности устройства, в него дополнительно введено плоское зеркало, установленное перпендикулярно направлению хода луча, за измерительной кюветой, а модулятор выполнен в виде вращающейся анизртропной полуволновой пластины.

1099256

Изобретение относится к оптике аниэотропных сред, а именно к устройствам для измерения малых коэффициентов преломления предельно тонких объектов, имеющих сравнимую с длиной волны света толщину, и может быть использовано в биофизических исследованиях, например для излучения структуры биологических и модельных мембран.

Известно устройство, в котором свет, прошедший через образец и анизотропную пластину в четверть волны, расположенную между образцом и модулятором, модулируется с помощью вращающегося поляроида, а 15 сигнал регистрируется с помощью чувствительного фазометра (1) .

Недостатком этого устройства является небольшая глубина и линейность модуляции, а следовательно, 2О невысокая чувствительность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения величины двулучепреломления, содержащее 25 источник монохроматического света и расположенные по ходу луча поляриэационную призму, модулятор, измерительную кювету, анализатор и приемник излучения, соединенный со схемой обработки сигнала. Поляризованный свет падает на пьезоэлектрический модулятор, в котором под воздействием внешнего электрического поля, изменяющегося с некоторой частотой, возникает оптическая 35 аниэотропия, пропорциональная напряженности этого поля. Таким образом, на объект приходят обыкновенная и необыкновенная (обусловленная анизотропией) волны с разностью хода Ф, 4О периодически меняющейся во времени.

Объект, обладающий собственной анизотропией, вносит дополнительную разность хода, которая и характеризует величину двулучепреломления 3 .Свет, прошедший через объект, проходит анализатор, скрещенный с поляризатором, и падает на приемник (2) .

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность к измеряемой величине (10 рад), так как модулятор не обеспечивает линейность модуляции и стабильность амплитуды модуляции, а наличие раздельных поляризатора и анализатора приводит к спонтанному изменению степени их скрещивания и возникновению дополнительных ошибок.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается бО тем, что в устройство для измерения величины двулучепреломления, содержащее источник монохроматического света и расположенные по ходу луча лоляриэационную flpHзму, модулятору 65 измерительную кювету и приемник излучения, соединенный со схемой обработки сигнала, дополнительно введено плоское зеркало, установленное перпендикулярно направлению хода луча, за измерительной кюветой, а ! модулятор выполнен в виде вращающейся анизотропной полуволновой пластины.

Воэможность повысить чувствительность появляется в данном устройстве вследствие того, что анизотропная пластина вращает плоскость поляризации света (т.е. меняет направление плоскости поляризации, что и обеспечивает высокую степень линейности модуляции, благодаря независимости полезного сигнала от амплитуды модуляции. Использование одной и той же призмы в качестве поляризатора и аналиэатора устраняет проблему поддержания, высокой степени их скрещения, необходимую для достижения высокой чувствительности.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 — ход прямого луча в призме; на фиг. 3 — ход обратного луча; на фиг. 4 — зависимость величины двулучепреломления от напряженности .электрического поля в ячейке Керра.

Устройство содержит источник монохроматического света — лазер 1, плоское зеркало 2, поляриэационную призму 3, вращающуюся кварцевую полуволновую пластину 4, измерителвную кювету 5, клоское зеркало б, приемник 7 излучения, многоканальный анализатор 8 и ЭВИ 9.

Устройство работает следующим образом.

Свет от лазера 1, отразившись от плоского зеркала 2, проходит через поляризационную призму 3, представляющую собой клин, вырезанный из исландского шпата. После прохождения поляризационной призмы 3 луч проходит через вращающуюся с частотой

ы кварцевую пластину в полволны, вырезанную параллельно оптической оси кварца, модулирующую плоскополяриэованный свет так, что плоскость поляризации его на выходе иэ пластины вращается с частотой 2 в сторону, противоположную вращению пластины.

Частотаызадается произвольно. Далее, пройдя через исследуемый объект и отразившись от плоского зеркала 6, свет снова проходит через объект и полуволновую пластину 4. Поскольку свет проходит через модулятор дважды, то на выходе иэ нее (если двулучепреломление объекта равно О). он снова преобразуется в плоскополяриэованный свет с невращающейся . плоскостью поля риэации, имеющей то же направление, что и первоначально падающий луч.

1099256

Это позволяет испольэовать одну и .гу же призму 3 в качестве поляризатора н анализатора (фиг. 2) ..Свет, вышедший иэ анализатора под углом ah отразившись от зеркала 2, попадает на приемник 7 излучения. Сигнал с приемника излучения поступает на многоканальный анализатор 8, регистрирующий интенсивность света 3(Ц эа период вращения в полуволновую пластинку 4. На выходе анализатора

8 имеем спектр, обсчитыВаемый на

ЭВМ 9

З=Е,(а-ц cc g 2 oL, sin 26)t-95in2e,ñî82È 1 — 5 соз 2 (2» -(gain 4 at-Ssin2 (2ид-p)co@ 4ug где (— величина, характеризукщая 15 отличие падающего на образец света от плоскополяризованного; коэффициент скрещения поляри. затора и анализатора; 2О

af> — угол между оптической осью пластины и плоскостью поляризации падающего света в момент времени t =0

8 — коэффициент двулучепреломнения объекта.

Обработав полученный спектр с помощью 3ВМ, определяют величиныю, S и угол между оптической осью объекта и плоскостью поляризации ! прошедшего через призму 3 света Р

В предлагаемом устройстве помпезный сигнал не зависит от амплитуды модуляций, так как E=Ec(цзМ 2vt +

+3 ф и 4 и 1 +а) . Следовательно, исчезают проблемы, связанные со стабилизацией амплитуды, что обеспечивает высокую степень модуляции.

Благодаря введению плоского зеркала луч проходит туда и обратно через объект и поляризацнонную призму, которая выполняет одновременно роль поляризатора и анализатора.

Это обеспечивает высокую степень постоянства скрещения.

Предлагаемое устройство реализовано и.использовано для излучения влияния м гнитного йоля на структуру биолсгичеСких лапоидных мембран толщиной 100 Х.

В качестве источника света используетсяй -МВлаэер Ъ 630 нм, модулятором служит пластина в полволны, вырезанная из кристаллического кварца параллельно его оптической оси, толщиной 1 ьм, диаметром 10 мм с параметром совершенства f (3,29+

+О,ОЦ 10 . Свет регистрируется фотоумножителем ФЭУ-84. Форма сигнала на выходе записывается многоканальным анализатором.?T К 1024 и обсчитывается с помощью ЭВМ ЕИС-666. Установка откалибрована на ячейке Керра с нитробенэолом. Калибровочный график представлен на фиг. 3, из которого видно, что чувствительность устройства составляет 4i16 рад, что выше на два6 три порядка аналогичных устройств для измерения величины двулучепреломпени я.

1099256

8 10, рп8

Е 6/си

СоставитеЛь С. Голубев

Редактор П.Коссей Техред Т.Маточка Корректор A.Çèìoêoñoâ

Заказ 4365/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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