Способ определения показателя преломления прозрачных сред

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения показателя преломления и толщины плоскопараллельных пластин, изготовленных из исследуемых сред. Цель изобретения - упрощение измерений при сохранении их точности. Через исследуемый образец пропускают две монохроматические волны, распространяющиеся под углом друг к другу, и формируют интерференционную картину. Углы падения волн на исследуемый образец плавно изменяют и определяют соответствующие изменения порядка интерференции в интересующих точках интерференционной картины. По результатам измерений составляют системы уравнений для анализируемых точек интерференционной картины, при решении которых определяют значения показателя преломления и толщин в интересующих зонах исследуемого образца. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))g G 01 N 21/45

t, r., с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

l1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 43284) 6/24-25 (22) 17,11.87 (46) 15.03.90. Бюл. У 10 (72) С.А.Александров, Г.И.Самойлов и Н.Г.Ярошевич (53) 535.024(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 228300, кл. G 01 N 21/41, 1968.

Авторское свидетельство СССР

1017978, кл. G 01 N 21/41, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения показателя преломления и толщины плоскопараллель-, ных пластин, изготовленйых из исслеИзобретение относится к технической физике и может быть использовано для измерения показателя преломления прозрачных сред, преимущественно твердых высокопреломляющих материалов, и для определения толщины плоскопара лельных пластинок.

Цель изобретения — упрощение измерений при сохранении их точности благодаря обеспечению дополнительной возможности определения толщины исследуемой пластины.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ, Устройство содержит монохроматический источник 1 света с фиксированной длиной волны, осветительную систему 2, диафрагму 3 в виде экрана с двумя точечными отверстиями, колли-ÄÄSUÄÄ 1550378 А1

2 дуемых сред. Цель изобретения - упрощение измерений при сохранении их

I точности. Через исследуемый образец пропускают две монохроматические волны, распространяющиеся под углом друг к другу, и формируют интерференционную картину. Углы падения волн на исследуемый образец плавно изменяют и определяют. соответствующие изменения порядка интерференции в интересующих точках интерференционной картины. По результатам измерений составляют системы уравнений для .анализируемых точек интерференционной картины, при решении которых определяют значения показателя преломления и толщин в O интересующих зонах исследуемого об- @ раэца, 1 ил. матор 4, за которым расположен исследуемый образец 5, оптическую систему

6, строящую изображение выходной Ql плоскости исследуемого образца 5 в фГ плоскости анализирующей диафрагмы 7, { 1 фотоприемник 8, блок 9 обработки информации, датчик 10 угловых положений образца, двигатель 11, поворачивающий образец, и ЭВМ 12.

Способ осуществляется следующим образом, Свет от монохроматического источника 1 с помощью осветительной системы 2 направляется на диафрагму 3, Ь представляющую собой экран с двумя точечными отверстиями. Коллиматор

4, в фокусе которого расположена диафрагма 3, формирует две плоские волны под углом 3 одна к другой, осве1550378 щающие исследуемый .образец 5, Оптическая система 6 формирует интерфер! нционную картину в плоскости анализ рующей диафрагмы 7, которая выделяет малый участок интерферограммы.

Электрический сигнал с фотоприемника 8 поступает в блок 9 обработки информации, выход которого соединен с ЭВМ 12. Исследуемый образец плавно пОворачивается с помощью двигателя

11, В приводе наклона образца имеется датчик 10 угловых положений, информация с которого поступает в блок 9 обработки информации. С выхода этого блока информация об изменении порядка интерференции и текущем угле поворота образца вводится в 3ВМ 12, которая вычисляет показатель преломления и и толщину исследуемого образца. 20

Для определения значений показателя преломления в различных областях образца, вместо диафрагмы 7 и фотоприемника 8 устанавливают матрицу фотоприемников, определяют изменение 25 пОрядка интерференции одновременно в различных точках интерферограммы, вводят эти значения в ЭВМ 12, которая дЛя каждой анализируемой точки определяет свой показатель преломления.

Таким образом, возможно осуп!ествлять кОнтроль однородности образцов.

Рассмотрим произвольную точку S пЛоскости изображения. Обозначим через Ф», У, произвольные поверхности постоянной фазы 1-й волны до и после прохождения через -исследуемый образец соответственно. В общем,-случае образец может быть развернут на какой-то угол ! относительно 1-й волны. Тогда от 40 поверхности Р! до поверхности Р оптическая длина пути равна 6 — Р» . !

Пусть оптическая длина пути от по верхности Y до точки S равна С », тогда оптическая длина пути от поверх-45 ности Р„ до точки S равна 1»б Ф! - 1 !+С, . () !

Обозначим через Ф,,<Р< произвольные поверхности постоянной фазы волны, распространяющейся под углом д по отношению .к первой волне, до и посЛе прохождения через исследуемый образец соответственно. Для этой волны оптическая длина пути от поверхности Ф до точки $ равна (2) где С вЂ” оптическая длина пути от

i!i! поверхности до точки 5.

Тогда разность хода в точке S равна ! ф = 9,- » - У, + Ф +С;С „-N., (3) где N, — порядок интерференционной картины в точке S при начальном положении образца, После разворота образца на угол

p(., оптические длины путей волн от поверхностей »!, и P до той же точки

S изменяются. После прохождения через образец в данных плоскостях в котоЭ ! рых оптическая длина пути была Ф !! и z она становится равной «Р» и ъ!!

v> . Величины С „и С остаются прежними, Следовательно, разность хода в точке S равна

ЕРа = Ц Ф» Ч + Д(+С С! =Щ, (4) где N, — порядок интерференционной картины в точке S при развороте образца на угол М; .

Разность хода в точке S плоскости регистрации изменяется на величину

8%5=Äß Д! =(9 -@! )-ф,- !)-ДН 7», (5)

rpe h, N; — изменение порядка в точке

S при развороте образца, т.е. число интерференционных полос, пробежавших через точку S при развороте образца на угол (oC; — aCp).

Таким образом, изменение порядка интерференции в точке S определяется лишь изменением разности фаз первой и второй волн при прохождении через исследуемый образец. Используя геометрические соотношения параметров пластины и подставив в (5) вместо (4z-m, ) и (Ф - Р, ) их значения, получают выражение

t qn sin (с(;+О)- n -sin» ;- п11 ° а

-з1П (Ы!!+6)+ и -81п .М +соз» ; -соз (»!(, +

+Q)+cos (ю +0)-соя о ) =ДИ 11, (6) по которому в ЭВМ 12 рассчитываются показатель преломления и и толщина t исследуемой пластины.

Величину угла 0 выбирают, исходя из характеристик устройства, используемого для реализации. способа. Этот угол должен быть таким, чтобы интерференционные полосы на сформированной интерференционной картине надежно разрешались используемой системой регистрации. При этом желательно, чтоПредлагаемый способ позволяет осуществить определение показателя преломления одновременно для нескольких длин волн и в различных областях исследуемого образца, т.е. контролировать однородность образца. Способ позволяет определять как показатель преломления, так и толщину исследуемых образцов. Поэтому нет необходимости в высокоточном оборудовании для предварительного определения толщины,„отсутствуют потери времени на выполнение этой операции, не требуются операторы, обслуживающие оборудование для измерения толщины образца.

25

Формула изобретения

Способ определения показателя преломления прозрачных сред, включающий направление плоской монохроматической волны на исследуемый образец, 5 155037 бы угол 9 был как можно больше, так как в соответствии с уравнением (6) при этом возрастает чувствительность способа. Однако цель достигается при

5 любом угле О, при котором формируется интерференционная картина.

Диапазон возможных углов поворота пластины определяется диапазоном углов.падения волн на пластину. Например, относительно 1-й волны пластина может разворачиваться на углы в прео делах от 0 до 90 -9, т. е. углы поворота пластины равны углам падения (при î о=О). 15

8 6 выполненный в виде плоскопараллельной пластины, формирование из прошедшего образец, излучения интЕрференционной

KBpTaHbf> отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений при сохранении их точности, интерференционную картину формируют путем пропускавия через пластину второй плоской монохроматической волны 3 под углом 6 к первой монохроматической волне, поворачивают пластину и измеряют порядок интерференции ДИ, на интерференционной картине при изменении .в результате поворота угла падения первой плоской монохроматической волны от исходного значения 0СО до g, дополнительно поворачивают пластину и измеряют изменение порядка интерференции ДИ, соответствующее изменению угла падейия первой плоской монохроматической волны в результате поворота пластины от исходного угла падения К,, до значения 0С2, отличного от. величиньс угла о,, причем по ворот исследуемой пластины осуществляют в диапазоне углов, при которых углы, падения первой волны находятся в пределах от 0 до 90 -9, а показаь тель преломления пластины и определяют из системы уравнений с(и -ахи. (о(, +8) и -Вiп ol, "qn2 ° 2 2 ° 2, Г 2

-sin2(oL,+9)+ n sin Ы +сов(р, -соз(К, + 2 2

+Q)Icos (Ы +О)-cps ц4)" 60; %, где t — толщина пластины;

i l,2.

1550378

Составитель С.Голубев

Редактор И.Касарда Техред А.Кравчук Корректор О.Ципле

Заказ 267 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101