Способ определения коэффициента рассеяния полупрозрачных твердых зеркально-отражающих материалов с малым коэффициентом поглощения

 

1969.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАССЕЯНИЯ ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ ТВЕРДЫХ ЗЕРКАЛЬНО ОТРАЖАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ С МАЛЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПОГЛОЩЕНИЯ, с помощью интегрирующей сферы, заключающийся в том, что измеряют сигнал, пропорциональный потоку излучения, рассеянного образцом,, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, лополнительно измеряют пропускательную спо (Изобретение относится к технической физике и связано с исследованиями оптических свойств твердых .сл бопоглошающих и .умеренно или слаборассеивающих материалов, в которых лучистый перенос энергии определяется коэффициентом поглощения , рассеяния, показателем преломления и граничными условиями. собность образца и измеряют сигнал, пропорциональный потоку излучения, отраженного от эталонного зеркала, установленного в центре сферы, а о коэффициенте рассеяния fo судят по формулам р, 1 ,- R , Н УЭТ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГЮЬЛИН ни SU ав (gl)g С 01 N 21/55

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ где Н

"эг

Э сигналы, пропорциональные потоку излучения, рассеянному образцом, и потоку излучения, отраженного от эталонного зеркала, при условии 0,5 2.

П +т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И СКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3644822/25 (22) 28.06 ° 83 (46) 23.12.91. Бюл. Р 47 (71) Институт высоких температур

АН СССР (72) И.А.Вишневецкая, М.Г.Ефимов, С.С.Моисеев, В.А.Петров и С.В.Степанов (53) 535.24(088.8) (56) Ostermayer Е., Benson W. Integr

ting sphere for measuring sca tlering. 1oss in optica1 fiber waveguides. Арр1. Opt. v. 13, N В,р. 1900- .

1902, 1974

Иванов A.Ï. Оптика светорассеивающих сред, Минск: Наука и техника, с„454-457. 1969. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАССЕЯНИЯ ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ

ТВЕРДЫХ ЗЕРКАЛЬНО ОТРАЖАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ С МИЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПОГЛОЩЕНИЯ, с помощью интегрирующей сферы, заклю- чающийся в том, что измеряют сигнал, пропорциональный потоку излучения, рассеянного образцом,.о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно измеряют пропускательную споИзобретение относится к технической физике и связано с исследованиями оптических свойств твердых . слабопоглощающих и .умеренно или слаборассеивающих материалов, в которых лучистый перенос энергии оп-,ределяется коэффициентом поглощения, рассеяния, показателем преломления и граничными. условиями.

2 собность образца и измеряют сигнал, пропорциональный потоку излучения,. отраженного от эталонного зеркала, установленного в центре сферы, а о коэффициенте рассеяния р судят по формулам

1 U ьас С(1Re ) — — — — — - - R

Г Н U г (1-В.) (1-е )

В з (1-R) е

Т = — — — —1-R е >> толщина образца, коэффициент отражения эталонного зеркала оптическая толщина образца, пропускательная способность образца, френелевский коэффициент отражения образца, Целью изобретения является повышение точности измерений коэффициента рассеяния полупрозрачных твердых зеркально отражающих материалов с малым коэффициентом поглощения.

Способ осуществляют с помощью уст» ройства схематически изображенного на чертеже, 1187563

Устройство содержит источник излучения 1, модулятор 2„ приводимый во вращение двигателем 3,. интегрирующую сферу 4, в которой расположены на перемещающемся держателе 5 образец 6 и эталонное зеркало 7. Для измерения пропускания по ходу луча вслед за сферой 4 устанавливают сфещ, 8. со сменным. приемником излучения, 9. Сигналы с приемников излучения 10, 11."есновной сферы и приемника изЛучения 9 дополнительной сферы, характеризующие освещенность внутри интегрирующих сфер 4 и 8, поступают на узкополосный усилитель 12 и циф- ровой вольтметр 13, служащие для . измерения и регистрации сигналов. Рас-. пбложенные в интегрирующей сфере 4 световые экраны 14 и 15 защищают приемники излучения 10 и 11 от за-. светки после первого отражения от поверхности сферы. Держатель.5 позволяет осуществлять.. попеременную установку на пути луча образца 6 и эталонного зеркала 7. Зеркало 7 устанавливают под малым углом (35 ) к падающему лучу, так, чтобы обеспечивалось попадание отраженного от него излучения на стенку сферы 4, Способ осуществляется следующим образом.

Подают излучение на образец, установленный в интегрирующей сфере, Измеряют сигнал; пропорциональный энергии, рассеянной образцом.

Измеряют пропускательную способность и вычисляют оптическую толщину образца. Направляют излучение на эталонное зеркало, коэффициент отражения которого выбирают из условия, :чтобы сигналы, полученные при взаимодействии луча с образцом и луча с эталонным зеркалом, отличались в

0 5-2 раза..

При осуществлении данного способа очень важно правильно выбрать эталонное зеркало. Его коэффициент отражения должен быть мал и хорошо известен. Одним из возможных вариан-. тов является использование в качестве такого зеркала тонкой тщательно отполированной пластины из оптических монокристаллов или стекол; у которых на исследуемую область спектра приходится область высокой прозрачности. В этом случае коэф, фициент отражения такого зеркала

10

15 раллельными тщательно отполированными торцами, Толщина образца равна 2 мм..

R p = 0,13512>

50 определяется только показателем преломления материала .и может быть рассчитан с учетом многократных от" ражений в слое очень точно, поскольку по.<азатель преломления, измеряется с точностью до четвертого-пятого знака после запятой.

Пример реализации способа .

1 ля определения коэффициента рассеяния оптической керамики из селенида цинка на лазерной длине волны

10,6 мкм используем цилиндрический образец 6 диаметром 9 мм с плоскопаВ качестве эталонного зеркала 7 выберем тщательно отполированную пла- стину иэ иодистого цезия толщиной

0,3 мм. Выбор материала эталонного зеркала сделан, исходя из того, что экспериментально обнаружено, что величины сигналов,. полученных вследствие рассеяния образцом падающего на него излучения, и сигнала, получен- „ ного при .отражении этого же излучения от эталона из иодистого цезия на стенку сферы, отличаются в 0,5-2 раза.

Коэффициент отражения эталонного зеркала из иодистого цезия известен с высокой точностью и равен

В интегрирующую сферу устанавливают образец и направляют сквозь. него излучение от источника излуче-. ния 1; Затем с помощью держателя 5 . образец убирают из зоны действия луча. По отношению показаний приемника излучения 9, полученных в этих случаях и пропорциональных соответственно прошедшему сквозь образец направленному излучению и полному падающему. потоку, судят о величине пропускательной способности образца, Зная величину пропускательной способности, равную в нашем случае

0,602, и нормальный Френелевский коэффициент отражения селенида цинка, равный R = 0,1682, по Формуле:

{1 R) е определяют оптическую толщину слоя Ь; Она составит 0,154.

Затем монохроматический коллими рованный пучок света снова направ- ляют на образец 6, поднимая его с

,помощью держателя 5, и приемником

»87563

° 0,572 0,13512 э !

Составитель

Редактор 0.1)ðêîâà Техред Л .Олнйнык. Корректор П,Пилипенко

ЮЮМЮ Ю Зщаз 4670 Тираж Подписное

ВНИяПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Ю М Ю Ю ° аа еЪееюеееюе \

Производственно-издательский кьмбийат "Патент", r. Ужгород, ул.. Гагарина,101

10 измеряют сигнал lI пропорцйо нальный энергии, рассеянной образцом

6. Далее с помощьв держателя луч направляют на эталонное зеркало, величина отраженной энергии, от которого на стенку сферы известна с высокой точностью, и измеряют сиг,нал Upg, пропорциональный энергии,: отраженной от эталонного зеркала 7 10 на стенку сферы 4. Благодаря целе:направленному выбору материала для эталонного зеркала отношение Ц„/0,н составляет 0,572. Таким образом, ве. личина коэффициента рассеивания об- 15 разца оптической керамики из селе" нида цинка составит,: %в

1 0 д - 4 1=-Ке

Н О т вТ. (1-R)(1-е

0 154 С1-0 1682 ехр(-0 1543

)(« » — «« е«« М (1-0, 1662) 1-ехр (-О, 154Д

* 0.,615 1 1/см)

Как показывают сравнительные испы",. тания, при равных условиях точность предложенного способа измерения ко" эффициента рассеяния выше точности известного способа измерений с помощью приставки к спектрофотометру

СФ-4, выбранной в качестве прототи па и базового объекта,.на 5,53 за счет устранения систематической погрешности, обусловленной неучетом оптической толщины образца и уменьшения погрешности, обусловленной нелинейностbe фотоприемника.

Изобретение может быть использовано для исследования рассеяния в высококачественных оптических материалах, предназначенных для изготов-ления объективов линз и других опти1 ческих деталей.