Способ измерения фотоупругих постоянных изотропных оптических материалов

 

Изобретение относится к акустооптике и может использоваться при определении физических характеристик новых акустооптических материалов и при разработке устройств, использующих оптические элементы с искусственной анизотропией. Цель изобретения - упрощение способа измерения фотоупругих постоянных оптических материалов посредством приложения одноосного напряжения к образцу, изготовленному в форме прямой треугольной призмы. 2 ил. с S

СВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i lt !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 41 58834/31 -25 (22) 27,10,86 (46) 23.06.88, Бюл, Р 23 (71) Могилевское отделение Института физики АН БССР (72) Л.М.Штейнгарт и В.М.Кульбенков (53) 535.24 (088.8) (56) Данюшевский Е.Э, Упрощенная методика измерения фотоупругих констант стекла. Труды ГОИ, 1956, т.24, У 145, 235-245.

Primak W. and. Post D. Photoe1astic constants of Vitreous silica and.

its elastic coefficient of refractive index. — Jour. Аррl. Phys., 1959, ч. 30, рр. 779-788.

„„SU„„4 4 8 A) (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФОТОУПРУГИХ

ПОСТОЯННЫХ ИЗОТРОПНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВВ (57) Изобретение относится к акустооптике и может использоваться при определении физических характеристик новых акустооптических материалов и при разработке устройств, использующих оптические элементы с искусственной анизотропией, Цель изобретения— упрощение способа измерения фотоупругих постоянных оптических материалов посредством приложения одноосного напряжения к образцу, изготовленному в форме прямой треугольной призмы.

2 ил.

1404908

Изобретение относится к акустооптике и может использоваться, в частности, при определении физических ха" рактеристик новых акустических материалов и исследовании оптических эле5 ментов, использующих искусственную анизотропию прозрачных материалов.

Целью изобретения является упроще" ние способа, 1Î

На фиг.1 представлена оптическая схема экспериментальной установки; на фиг.2 — схема нагружающего устройства.

Устройство для осуществления спо" соба измерения фотоупругих постоянных иэотропных оптических образцов 1 состоит иэ монохроматического источника

? света, поворотного зеркала 3„ четвертьволновой пластинки 4,коллиматора 5, поворотного стола б, поляризатора 7, зрительной трубы 8, источника 9 питания, милливольтметра 10,упругoro кольца ll жесткой рамы 12, нагружающего винта 13, тензореэисто- 25 ров 14, шаровой опоры 15, плоских и параллельных лысок 16, держателей 17 образца 1.

Способ осуществляют следующим образом. зо

Образец из исследуемого материала в виде прямой треугольной призмы уста-. навливают в устройство нагружения так, чтобы ось нагружения проходила через центр основания образца. Устройство нагружения помещают на поворотный стол гониометра. Величину показателя преломления (ПП) напряженного образца определяют по углу выхода луча из образца. Величину усилия, с которым

40 сжимают образец, определяют по величине разбаланса напряжения моста сопротивлений на кольцевом датчике меха" нических усилий, вставленного в цепь нагружения образца. После. каждого нагружения восстанавливают автоколлимационное иэображение перекрестия окуляра зрительной трубы от действующих граней призмы. Измерение ПП материала образца проводят для света, поляризованного параллельно и перпендику- лярно оси нагружения образца. Постоянные фотоупругости С1 и С материала образца определяют по формуле

= дп /6, где 5 n,, bn — изменения показателя преломления образца, наведенные одноосным механическим напряжением для поляризованного параллельно и перпендикулярно оси нагружения луча света соответственно; — величина механического напряжения.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют фотоупругие постоянные .кварцевого стекла на образце, вырезанном в форме правильной треугольной призмы, К изготовлению образцов предъявляют следующие требования: размеры высоты призмы и стороны треугольника 10 + 0 5 мм; плоскостность граней Б = 1,5; Ь N = 0,5; пирамидальность n + 10; взаимная параллельность

Н оснований не хуже 10; класс чистоты граней " III класс чистоты оснований призмы - IV. Показатель преломления материала призмы и измеряют с точностью не хуже 3 10 . Измерения выполняются при помощи гониометраспектрометра ГС"5. Луч Не-Ne лазера, пройдя четвертьволновую пластинку с главными направлениями, расположенныо ми под углом 45 к плоскости поляризации луча, освещает щель коллиматора шириной 200 мкм. Измерение ПП нагруженного образца проводят по методу наименьшего отклонения для обыкновенного и необыкновенного луча, что обеспечивается соответствующим поворотом поляризатора. Датчик механичес" ких усилий состоит из металлического кольца, изготовленного иэ стали и наклеенных на него двух фольговых тензорезисторов типа 1ФКТК, Тензорезисторы включены через пассивные тензореэисторы в смежные плечи моста сопротивлений и являются одновременно термокомпенсированными. Напряжение разбаланса тенэомоста подается на цифровой комбинированный прибор.

Тензоэлемент калибруется с помощью образцового динамометра на гидравлическом прессе. Нагружение образца проводится с шагом 50 кг до величины напряжения в образце 0,116 ГПа. Усилие, передаваемое на образец, определяе гся по величине напряжения разбаланса тензомоста

110 9 где U - напряжение разбаланса тензомоста ненагруженного тензоэлемента;

U — напряжение раэбаланса тенI зомоста нагруженного тенэоэлемента.

4908

55 з 140

Фотоупругие постоянные материала образца определяются по указанной формуле.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Ход луча в измеряемой призме зависит от показателя преломления (ПП} материала призмы для данной длины волны света, преломляющего угла призмы, угла падения луча на входную грань призмы, но не зависит от размеров призмы. Если призма изготовлена из изотропного по упругим свойствам материала, во время одноосного сжатия (растяжения) ее по параллельным основаниям главное сечение призмы будет оставаться подобным самому себе. Это значит, что изменение поперечных размеров (размеров в плоскости главного сечения) призмы не оказы" вает влияние на результат измерения

ПП исследуемого материала. Из этого следует, что измерение изменения оптического пути луча при прохождении через образец проводится без погружения его в кювету с иммерсией.

При нагружении образца по основа-. ниям до величины порядка 0,1 ГПа возможен "уход" образца из положения, когда направление распространения света перпендикулярно ребру преломляющего угла призмы. Восстановление автоколлимационного изображения перекрестия зрительной трубы от двух действующих граней призмы при повороте столика гониометра, на котором находится сжимающее устройство с образцом, легко получается вращением соответствующих винтов наклона столика.

Сдвиг образца вместе с сжимающим устройством в плоскости распростра" нения луча -не влияет на результат измерений, пока луч имеет воэможность проходить сквозь образец, В случае, если допущена неточная установка образца в цепь нагружения и наряду со сжатием образца происходит его изгиб, это сразу обнаруживается по исчезновению автоколлимационного .изображения перекрестия окуляра от входной (выходной) грани образца в зрительной трубе гониометра. Таким образом, при предлагаемом способе измерений упрощается методика, устраняются ошибки измерений, связанные с .нагружением образца.

При измерениях температура образо ца изменяется не более, чем на 0,5 что приводит к изменению ПП для различных стекол на величину (1 — 5) х

-6 х 10 . Это намного меньше изменения величины ПП образца вследствие его сжатия. При использовании в качестве угломерного прибора гониометра ГС-5 и прикладываемых к образцу напряжений = 20 10 Н/м точность иэмереТ 2 ния С, для кварцевого стекла составляет 5 . Точность измерений можно повысить, применяя большие напряжения и угломерные приборы более высокого класса точности, Способ Mo:кет быть применен также для измерения пьеэооптических постоянных кристаллов. Для этого необходимо вырезать иэ них прямые треугольные призмы, ориентированные определенным образом, Способ можно использовать для иэ.меоения С <,ò не ниже, чем С<д =

= 0,2 - 10 м /Н, Верхний предел величины С, не ограничен. Наний предел измерения ограничен величиной максимального, прикладываемого одноосного напряжения G 20 10 Ii/и

Формула изобретения

Способ измерения фотоупругих постоянных изотропных оптических материалов, включающий определение изменений показателя преломления исследуемого материала, наведенных приложенным к образцу исследуемого материала одноосным механическим напряжением Й соответственно для поляризованного параллельно 1 и и перI пендикулярно А п оси нагружения луча света, и определение соответ ствующих налравлениям поляризации

45 фотоупругих постоянных С, и С по формуле

С, = п, G„ отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, определение изменений показателя преломления производят путем измерения отклонения луча света, прошедшего через образец исследуемого материала, выполненный в виде прямой треугольной призмы

1404908

Составитель С.Голубев

Техред А.Кравчук

Редактор А,Шандор

Корректор В.Бутяга

Заказ 3095/4б Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4