Устройство для измерения оптических параметров прозрачных сред на основе интерферометра маха-цендера

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАЖТРОВ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД НА ОСНОВЕ ИНТЕРФЕРОЖТРА МАХАЦЕНДЕРА , содержащее источник монохроматического излучения с блоком питания и расположенные по ходу излучения.коллиматор, интерферометр, включаюп два непрозрачных и два полупрозрачных зеркала анализатор и фoтoпpиe шшc, соединенный с ре .гистрирующим устройством, а также два поляризатора, отличаю щете с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, в него дополнительно введены четыре ромба Френеля, третье непрозрачное и третье полупрозрачное зеркала, прерьшатель луча, фазовый компенсатор , электрооптический фазовый модулятор и механизм вращения поляризатора , а также два избирательных усилителя, причем первый поляризатор , первый ромб Френеля, второй поляризатор, второй ромб Френеля, третье полупрозрачное и третье непрозрачное зеркала установлены последовательно между коллиматором и интерферометром, третий и четвертый ромбы Френеля расположены внутри интерферометра на пути одного из лучей, прерыватель луча и фазйвый компенсатор установлены последовательно внутри интерферометра на пути второго луча, электрооптический фазовый модулятор расположен между интерферометром и анализатором , а фотоприемник соединен с регистрирующим устройством через параллельно соединенные избирательные усилители, один из которых настроен на нечетную, а другой на четную гармонии частоты модуляции, при этом азимут плоскости поляриза1Ц1И первого поляризатора перпендчку лярен плоскости падения излучения на зеркала интерферометра, второй а с поляризатор снабжек механизмом вращения поляризатора вокруг оси, совпадающей с направлением луча, оптические оси первого и второго ромбов Френеля повернуты на 45 по СО отношению к азимуту поляризации перо вого поляризатора и параллельны, третье полупрозрачное и третье непрозрачное зеркала установлены под 00 углом один к другому, равным углу падения лучей на зеркала интерферометра , третий и четвертый ромбы Френе ля установлены в оптическом контакте так, что их оптические оси параллельны плоскости поляризации первого поляризатора, азимут оптической оси электрооптичесиого фазового модулятора параллелен азимуту плоскости , поляризации первого поляризатора, а оптическая ось анализатора повернута

СОЮЗ GOBETCHHX

««««««««К»

РЕСПУБЛИК

0% (И) 3Ш1 С 01 М 2! /45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬМ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,(21) 3448595/24-25 (22) 07.06.82 (46) 23.12.84.Бюл.У 47. (72) И.А.Рокос и Л.А.Рокосова (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (53) 535.24 (088.8) (56) 1.Рождественский Д,С. "Интерферометры для исследовайня аномальной дисперсии. Известия AH СССР", 1934, И 8, с.ll9-1150.

2. Авторское свидетельство СССР

l! 3277403, кл. G 01 N 21/45,1972, (54)(57) !.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЗРАЧНЫХ

СРЕД НА ОСНОВЕ ИНТЕРФЕРОФЖТРА МАХА

ЦЕНДЕРА, содержащее источник монохроматического излучения с блоком питания и расположенные по ходу излучения,коллиматор, интерферометр, включающий два непрозрачных и два полупрозрачных зеркала, анализатор н фотоприеыаик, соединенный с ре.гистрирующим устройством, а также два поляризатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, в него дополнительно введены четыре ромба Френеля, третье непрозрачное и третье полупрозрачное зеркала, прерыватель луча, фазовый компенсатор, электрооптический фазовый модулятор и механизм вращения поляризатора, а также .два избирательных усилителя, причем первый поляризатор, первый ромб Френеля, второй: поляризатор, второй ромб Френеля, третье полупрозрачное и третье непрозрачное зеркала установлены последовательно между коллиматором и интерферометром, третий и четвертый ромбы Френеля расположены внутри интерферометра на пути одного иэ лучей, прерыватель луча и фазовый компенсатор установлены последовательно внутри интерферометра на пути второго луча, электрооптический фазовый модулятор расположен между интерферометром и.анализатором, а фотоприемник соединен с . регистрирующим устройством через параллельно соединенные избирательные усилители, один из которых настроен на нечетную, à другой на. четную гармонии частоты модуляции, при этом азимут плоскости поляризации первого поляризатора перпендчку» лярен.плоскости падения излучения на зеркала интерферометра, второй поляризатор снабжен механизмом вращения поляризатора вокруг оси, совпадающей с направлением луча, оггтические оси первого и второго ромо бов Френеля повернуты на 45 по отношению к азимуту поляризации первого поляризатора и параллельны, третье полупрозрачное и третье непрозрачное зеркала установлены под углом один к другому, равным углу падения лучей на зеркала интерферометра, третий и четвертый ромбы Френе ля установлены в оптическом контакте так, что их оптические оси.параллельны плоскости поляризации первого поляризатора, азимут оптической оси электрооптичес .огo фазового модулятора параллелен азимуту плоскости поляризации первого поляризатора, а оптическая ось анализатора повернута на пути прошедшего через него луча установлен второй фотоприемник, связанный через схему обратной связи с блоком источника излучения, 1130778 на 45" по отношению к плоскости поля ризации первого поляризатора.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, после третьего полупрозрачного зеркала

Изобретение относится к оптике и измерительной технике и предназначено для измерения коэффициентов поглощения и показателей преломления иэотропных и анизотропных сред, а также 5 величин, связанных с названными пара» метрами (как температура, давление, напряженность электрического или магнитного полей и т,д.) °

Известны модификации интерферометра Маха-Цендера, которые позволяют решить различные задачи в таких областях науки и техники, как оптика, физика плазмы, аэродинамика ..д. P) .

Однако эти интерферометры используются только для исследования явлений, связанных с изменением показа.теля преломления.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения параметров на

:основе интерферометра Маха-Цендера, содержащее источник монохроматического излучения с блоком питания и рас-. положенные по ходу излучения коллиматор, интерферометр, включающий два непрозрачных и два полупрозрачных зеркала, анализатор и фотоприемник, соединенный с регистрирующим устрой- 30 ством,а также два поляризатора j2), Известное устройство предназначе- но для измерений показателя преломления, однако с его помощью нельзя измерять коэффициенты поглощения, 35

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых параметров.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения 40 оптических гараметров на основе интерферометра Маха-Цендера, содержащее источник монохроматического излучения с блоком питания и расположенные по ходу излучения колли- 45 матор, интерферометр, включающий два непрозрачных и два полупрозрачных зеркала, анализатор и фотоприемник, соединенный с регистрирующим устройством, а также два поляризатора, дополнительно введены четыре ромба Френеля, третье непрозрачное и третье полупрозрачное зеркала, прерыватель луча, фазовый компенсатор, электрооптический фазовый модулятор и механизм вращения поляризатора, а также два избирательных усилителя, причем первый поляризатор, первый ромб Френеля, второй поляризатор„ второй ромб Френеля, третье полупрозрачное и третье непрозрачное зеркала установлены последовательно между коллиматором и интерферометром, третий и четвертый ромбы Френеля расположены внутри интерферометра на пути одного иэ лучей, прерыватель луча и фазовый компенсатор установлены последовательно внутри интерферометра на пути второго луча, электрооптический фазовый модулятор расположен между интерферометром и анализатором, а фотоприемник соединен с регистрирую- щим устройством через параллельно соединенные избирательные усилители, один:из которых настроен на нечетную а другой на четную гармонии частоты модуляции, при этом азимут ILIIocKoc» ти поляризации первого поляризатора перпендикулярен плоскости падения из лучения на зеркала интерферометра, второй поляризатор снабжен механиз-, мом вращения поляризатора вокруг оси, совпадающей с направлением луча, оптические оси первого и второго о ромбов Френеля повернуты на 45 по. отношению к азимуту поляризации первого поляризатора и параллельны, третье полупрозрачное и третье непрозрачное зеркала установлены под

1 130

3 углом один к другому равным углу падения лучей на зеркала интерферометра, третий и четвертый ромбы френеля установлены в оптическом кснтакте так,.что их оптические оси параллельны плоскости поляризации первого поляризатора, азимут оптической оси электрооптического фазового модулятора параллелен азимуту плоскости поляризации первого поляри- t0 затора, а оптическая ось анализатора повернута на 45 -по отношению о к плоскости поляризации первого поляризатора., Кроме того, после третьего полУ- 15 прозрачного зеркала на пути прошедшего через него луча может быть усгановлен второй фотоприемник, связанный через схему обратной связи с блоком питания источника излучения. 20

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения с блоком 2 питания, монохроматор 3, 25 коллиматор 4, поляризатор 5 и поляризатор 6 с механизмом 7 вращения, ромбы Френеля 8 — 11, полупрозрачные зеркала 12 — 14 и непрозрачные зеркала 15 — 17, прерыватель 18 луча, фазовый компенсатор 19, представляющий собой - стеклянный цилиндр, помещенный внутрь катушки, исследуемый и эталонный объекты 20.и 21,электрооптический фазовый модулятор 22 с генератором 23 модулирующего иапря35 жения, анализатор 24, фотоэлектронные умножители (ФЭУ) 25 и 26, избирательные усилители 27 и 28, регистрирующие устройство 29 и схему 30

;40 ,обратной связи.

Устройство. работает следующим образом.

Благодаря поляризаторам 5 и 6 и зомбам Френеля 8 и 9, которые выпал- 45 еяют роль ахроматических четвертьзолновых пластинок, на исследуемый объект 20 попадает, в общем случае, эллиптически поляризованный луч с азимутом большой оси 45, эллиптич-50 о ность которого периодически меняется B зависимости от ориен;ации азимута вращающегося поляризатора 6.

Сквозь эталонный объект 2! проходит луч, который благодаря. наличию двух 5. ромбов Френеля 10 и 11, выполняющих роль ахроматической полуволновой пластинки, имеет при любой ориента"

778 4 ции поляризатора 6 ортогональное состояние поляризации по отношению к лучу, падающему на исследуемый объект 20. Состояние поляризации суммарного луча модулируется с помощью электрооптического.модулятора 22. Составляющая луча, прошедшая через анализатор 24, регистрируется с помощью ФЭУ 25.

Если исследуемый объект изотроп" ный, то азимут (p поляризатора 6 произвольный, поэтому при равномерном . вращении поляризатора 6 предлагаемое устройство может быть использовано в качестве индикатора анизотропии. Зеркала 12 и 15 предназначе» ны для:компенсации искажения состояния поляризации лучей на зеркалах интерферометра 13 14 16 и 17, Фото электронное устройство ФЭУ 26 и схема 30 обратной связи, которая регулирует выходное напряжение блока 2"питания источника 1 излучения, предназначены для поддержания постоянной чувствительности устройства независимо от длины волны излучения, выделяемой монохроматором 3. Прерыватель 18 луча предназначен для калиб ровки устройства по коэффициенту поглощения,Компенсатор 19,представляющий собой стеклянный цилиндр, изготовленный из того же материала

l что и ромбы Френеля IO и 11, имеют длину, равную суммарной длине хода луча 0> в ромбах Френеля, благодаря чему осуществляется компенсация фазы пр». любой лине волны Я . Кроме того, с помощью компенсатора 19, на который намотана катушка,осуществляется калибровка устройства по фаэовому смещению, используя эффект Фарадея, Предлагаемое устройство применяется для исследования изменения под воздействием лазерного излучения оптических параметров (коэффициента пог лощения, показателей преломления) нелинейных сред, используемых для генерации гармонии, а также в качестве индикатора аниэотропии аптических элементов, используемых при изготовлении интерферометров и лазе ров. Благодаря монолитному исполнению устройства, а также тому, что осуществлена компенсация изменения состояния поляризации лучей на зеркалах интерферометра и исключено влия"

Составитель С.Бочинский

Редактор Г.Волкова Техред А.Бабинец Корректор М.Розман

Заказ 9602/31 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Рау«акая наб,,д.4/5

Подписное

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

4 1130778 6

«иа нестЗбильноати рабочей точки моду-,:чувствительность по коэффициенту лятора, устройство отличается высо- поглощения 2, 10 ", по фазовому смекой чувствительностью. пороГовая :щению 10 .