Поляриметр

 

1. ПОЛЯРИМЕТР, содержащий осветительную часть, в состав которой входят источник излучения и поляризатор , регистрирующую часть, в состав которой входят последовательно расположенные по ходу луча четвертьволновая пластина, поляризатор и фотоприемники и подключенный к Фотоприемникам блок обработки информации, содержащий сумматор и подключенный к нему фазометр, отличающийс я тем, что, с целью повьопения надежности , точности и быстродействия, в осветительную часть после источника излучения дополнительно введены последовательно расположенные по хо ду луча модулятор с подключенным к нему генератором и светоделитель, образующий второй канал, идентичный первому, причем поляризатор в каждом KaHajie излучения выполнен линейным, в регистрирующей части в каждом канале поляризатор выполнен двулучепреломпяющим , в блок обработки информа о ции дополнительно введены два диффе (Л ренциальных усилителя, каждый из которых подключен к выходам двух фотоприемников каждого канала, при зтом выходы дифференциальных усилителей подключены к су а4атору, а фазометр к генератору. &9 Ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЛМЛИЮЮ\

РЕСПУБЛИК

4цц С 01 .У 4/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTKT ССОР

fO ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н *ВТОРСНОМУ СИИДВТВ ВСТВЪ

» (21) 3497077/24-25 (22) 04. 10. 82 (46) 15.02.85. Бюл. В 6 (72) В.С.Меркулов (71) Институт физики. твердого тела и полупроводников АН БССР (53) 535.511(088.8) (56) 1. Чудаков В.С. Исследование наведенного двулучепреломления при вращающемся поляризационном элементе. "Приборы и техника эксперимента", 1977» В 1» с. 210-212.

2 ° Авторское свидетельство СССР

У 813145» кл. С 01 J 4/04, 1979. (54) (57) 1. ПОЛЯРИМЕТР, содержащий осветительную часть, в состав которой входят источник излучения и поляpHscLTop» регистрирующую часть, в состав которой входят последовательно расположенные по ходу луча четвертьволновая пластина, поляризатор и фотоприемники и подключенный к Фото„„Щ„„1139976 А приемникам блок обработки информации,,содержащий сумматор и подключенный к нему фазометр, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, точности и быстродействия, в осветительную часть после источника излучения дополнительно введены последовательно расположенные по ходу луча модулятор с подключенным к нему генератором и светоделитель» образующий второй канал, идентичный первому, причем поляризатор в каждом канале излучения выполнен линейным, в регистрирующей части в каждом канале поляризатор выполнен двулучепреломляющим, в блок обработки информации дополнительно введены два дифференциальных усилителя, каждый из которых подключен к выходам двух фотоприемников каждого канала, при этом выходы дифференциальных усилителей подключены к сумматору, а фазометр— к генератору.

1139976

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к поляриметрическим приборам для исследования двулучепреломления и напряжений в прозрачных объектах.

Известны поляриметры, предназна-ченные для измерения азимута главных направления и разности хода, состоящие из осветительной части, содержащей источник излучения и поля-1О риэатор, и регистрирующей части, содержащей устройство вращения плоскости поляризации, фотоприемное устройство и фаэбметр. Оптические каналы измерения разности хода и азимута главных направлений совмещены. Электронные каналы разделяются после фотоприемного устройства.

При работе поляризатора устройство вращения плоскости поляризации, например вращающийся поляризатор, модулирует световой пучок по интенсивности так, что амплитуда переменного сигнала на выходе фотоприемного устройства несет информацию о раэ25 ности хода, а его фаза — об азимуте главных направлений 1 ).

Наиболее близким к предлагаемому является поляриметр, содержащий осветительную часть, в состав которой входят источник излучения и поляризатор, регистрирующую часть, в состав которой входят последовательно расположенные по ходу луча четвертьволновая пластина, поляризатор и фо- 35 топриемники, и подключенный к фотоприемникам блок обработки информации, содержащий сумматор и подключенный к нему фазометр 52 3.

Недостатками данного устройства 40 являются низкие надежность, точность и быстродействие.

Цель изобретения — повышение надежности, точности н быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что, в поляриметр, содержащий осветительную часть, в состав которой входят источник излучения и поляризатор, регистрирующую часть, в состав которой входят последова- 50 тельно расположенные по ходу луча четвертьволновая пластина, поляризатор и фотоприемники и подключенный к фотоприемникам блок обработки информации, содержащий сумматор 55 и подключенный к нему фазометр, в осветительную часть после источника излучения дополнительно введены последовательно расположенные по ходу луча модулятор с подключенным к нему генератором и светоделитель, образующий. второй канал, идентичный первому, причем поляризатор в каждом канале излучения выполнен линейным, в регистрирующей части в каждом канале поляризатор выполнен двулучепреломляющим, в блок обработки информации дополнительно введены два дифференциальных усилителя, каждый иэ которых подключен к выходам двух фотоприемников каждого канала, прн этом выходы дифференциальных усилителей подключены к сумматору, а фаэометр — к генератору.

На чертеже приведена принципиальная схема поляриметра.

Поляриметр содержит осветительную часть, состоящую из источника излучения 1, модулятора 2, подключенного к генератору 3, светоделителя 4, поляризаторов 5 и 6, держателя исследуемого объекта 7, регистрирующую часть, в которую входят четвертьволновые пластинки 8 и 9, поляриэационные призмы, например призмы Волластона 10 и 11, фотоприемные устройства 12-15, дифференциальные усилители 16 и 17, сумма.— тор 18 и фаэометр 19.

Поляриметр работает следующим образом.

Излучение источника 1 модулируется по интенсивности модулятором 2 с частотой м, задаваемой генератором 3. Светоделитель 4, состоящий, например, из светоделительного куба и поворотного зеркала, разделяет излучение на два независимых пучка одинаковой интенсивности. Линейные поляризаторы 5 и 6 имеют постоянные и несовпадающие азимуты с и g нао ь пример 35- =0, с Ь =45 . Таким образом, исследуемый объект освещается двумя пучками с различной поляризацией, в отличие от прототипа и известных, что исключает устройство вращения плоскости поляризации. Состояния поляризации каждого пучка излучения после прохождения исследуемой области объекта в общем случае эллиптические. Четвертьволновые пластинки 8 и 9 и поляризационные призмы, например призмы Волластона 10 и 11, устанавливают со следующими постоянными азимутами, соответственно: в первом пучке о э=45=0, Ы,„ =45, 1139976

V= V,s ° Ь""з(г,И) 35

3 во втором пучке аСа =Ы =45, 4 =90

Азимуты во втором пучке отличаются о на 45 от соответствующих азимутов в первом пучке. Поляризационная призма, в частности призма Волластона, разделяет падающий на нее пучок излучения произвольной поляризации на два линейно-поляризованных пучка.

Азимут плоскости поляризации одного из выходящих пучков совпадает с азимутом поляризационной призмы, а другого отличается на 90

Интенсивность пучка, падающего на фотоприемное устройство 14. имеет- амглитуду

I> = (Е =A(1+sin 2Ыз1пд ) где Е„,=М„+М МЕ - вектоР Джонса излучения, падающего на фотоприемное устройство 14; 20, Е =Е (03 — вектор Джонса излучения после поляризатора 5;

М,М> и М,+ — соответственно матрицы Джонса 25 исследуемого об,ьекта, четвертьволновой пластинки 9 и поляризатора с азимутом d., для кот .Рых справедливы следующие выраже- 30 ния аоь.d" 2 1 si n о (2 c os 2 Ы.

° М=

i isihd"/2 ью2d сов с" /1-1з1ьУ/2cosd i где < — разность хода исследуемого участка объекта;

40 о" — азимут главных направлений;

А — коэффициент пропорциональности, Аналогично получаем амплитуды интенсивностей пучков, падающих на фотоприемные устройства 12, 13 и 15

3<2< A (1+CoS 2Ы Sin У)

З1 = A(1-c©s 24 sin 6")

Э < A (1- sin 24 sin d" I

1f

Сигналы с фотоприемных устройств 12 и 13 взаимно вычитаются и усиливаются дифференциальным усилителем l6, на выходе которого будет 55 сигнал

Ч = kAcos Zd з1пУсезмФ, где к — коэффициент пропорциональносТие

Аналогично на выходе дифференциального усилителя 17 получаем" 7 = ) Сигналы V и V,„ складываются в сумматоре 18, причем предварительно фаза сигнала V увеличивается о на 90 фазовращателем, входящим в сумматор. На выходе сумматора будет сигнал, пропорциональный следующему

Амплитуда выходного сигнала сумматора несет информацию о разности хода ° Фаза этого сигнала измеряется фазометром i9, на который подается опорный сигнал с генератора 3, на выходе фазометра получает сигнал, пронорциональный азимуту главных направлений.

Возможен вариант устройства, когда регистрируются непосредственно сигналы Ч„ и V,, несущие всю информацию об оС и д". Зтот вариант осуществлен на практике. Были использованы следующие элементы: 1 — лазер

ЛГ-52-2, 2 — МЛ-4, 3 — генератор

Г5-3Б, 4 — расщенитель, состоящий из светоделительного-куба 10х10х10мь1 и алюминиевого зеркала, 5, 6 — призмы Глана-Томпсона 15х15х10 мм

8, 9 — четветьволновые пластины из слюды„ 10, 11 — плазмы Волластона из исландского> штапа 15х15х15 ммз, 12 — 15 — фотадиоды ФД-9, 16, 17 дифференциальные усилители типа У-2.

Выполнение поляризационных устройств — поляризаторов, четвертьволновых пластин и призм Волластона неподвижньват с постоянными азимутами позволяет стабилизировать положение плоскости поляризации света относительно исследуемого объекта и тем самым повысить точность измерения азимута главных направлений и разности хода до 1 угловой минуты (в приведенном примере). Надежность и быстродействие поляриметра повьппается за счет отсутствия вращающихся частей. Факторами, ограничивающими быстродействие, являются характеристики модулятора, фотоприемников и усилителей. В приведенном примере быстродействие состав1139976

Составитель В.Котенев

Редактор Н.Горват Техред С.Мигунова Корректор В.Бутяга

Заказ 252/30 Тираж 897. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ляет не хуже 10 мкс против 1 мс в прототипе. 1

Технические преимущества изобретения в сравнении с базовым объектом, предназначенным для измерения т азимута главных направлений и разности хода, заключаются в том, что за счет образования второго пучка излучения с исходной поляризацией света, не совпадающей с поляризацией света в первом пучке излучения, поляриметр не содержит вращающегося поляризационного устройства — полуволновой пластины, отсутствуют кннематические связи для изменения азимута четвертьволновой пластины и все азимуты поляризационных устройств постоянные, Это обеспечивает высокую надежность прибора и точность измерения азимута главных направлений и разности хода, а также его быстродействие.

Эффект от использования изобретения заключается в улучшении быстродействия прибора до !О с и менее, что обеспечивает возможность регистрации быстропротекающих процессов, а также снижает время на проведение измерений; достижении точности измерений азимута главных направлений и разности хода не хуже 1 угловой секунды; повышении надежности работы прибора и достоверности получаемых данных.