Способ измерения показателя преломления оптически неоднородных материалов

 

Изобретение относится к оптике, а именно к экспериментальным способам измерения показателя преломления оптических материалов. Перед началом измерений осуществляется калибровка значений эффективных показателей преломления резонансных мод оптического планарного волновода. Используя калиброванный планарный волновод с известными значениями эффективных показателей преломления на длине волны зондирующего излучения с помощью вводной призмы связи, изготовленной из исследуемого материала с неизвестным показателем преломления, измеряют два резонансных угла возбуждения волноводных мод одинаковой поляризации и по соответствующей формуле определяют искомый показатель преломления. 1 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„3562791

Д1) С 01 М 21/43

Ь!мь. V рте!:Т .

БИБ )«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4336307/31-25 (22) 02. 12 ° 87 (46) 07.05.90. Бюл. h" 17 (71) Институт физических исследова" ний АН АрмССР (72) Э.А. Арутюнян, С.Х. Галоян, Л.Б. Глебов, С.К. Евстропьвв и Н.В. Никоноров (53) 535.024(088.8) (56) Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. - Л.: Химия, 1974, с. 118-132.

Меланхолин Н.М. Методы исследования оптических свойств кристаллов.

М.: Наука, 1970, с. 92., (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к оптике, а именно к экспериментальным способам

Изобретение относится к оптике, а именно к экспериментальным способам определения показателя преломления оптических материалов.

Целью изобретения является ускорение процесса измерений.

На чертеже представлена схема уст" ройства для реализации способа.

Устройство содержит источник 1 -направленного монохроматического излучения, поворотный столик с калибровочной шкалой с неподвижной частью 2 и подвижной частью 3, волноводный слой 4, подложку 5, входную призму 6 связи с неизвестным показателем преломления, выходную призму 7 связи и фотодетектор 8.

2 измерения показателя преломления on" тических материалов. Целью изобретения является ускорение процесса измерения показателя преломления оптических материалов. Перед началом из-! ищ. мерений осуществляется калибровка тл1 значений эффективных показателей пре" ломления резонансных мод оптического планарного волновода. Используя ка" либрованный планарный волновод с известными значениями эффективных показателей преломления на длине волны эон" дирующего излучения с помощью вводной призмы связи, изготовленной из исследуемого материала с неизвестным показателем преломления, измеряют два д резонансных угла возбуждения вол <оводных мод одинаковой поляризации и, по соотеетстеуюеей формуле определяют Ескоммй показатель препомпеиия. ил; с

Способ осуществляют следующим obразом.

Из исследуемого материала изготавливается входная призма связи волновода с двумя обработанными гранями.

Для измерений используется калиброван". ный планарный оптический волновод с двумя известными значениями эффективных показателей преломления волноводных мод одинаковой поляризации n „, и п у,, Одна иэ обработанных граней исследуемой призмы прижимается к ка" .либрованному волноводу и обеспечивается связь с ним, а на другую обработанную грань направляется коллимиро" ванный луч света зондирующего монохро" матического излучения. Далее с помо"

1562791 и я(пК (п -и „)+(sinai +sin Мщ„)) г г . z . я

П +В1ПЫ,„ (n 81п с „„n „sinoL „) (4) I(п,„-п,„+, )+(sin Ы, -sin с „„,)

2(n„sino „ - n siïo(.р„,) щью поворотного столика и фотодетектора измеряются два резонансных угла падения с,„ и с,„„на входную грань призмы, соответствующие возбужденйю волновода на калиброванных модах и определяется искомая величина показателя преломления призмы пс на длине волны зондирующего излучения.

Соотношение, связывающее значение эффективного показателя преломления ,и волноводной моды с показателем преломления и вводной призмы, имеет

; вид

sing 1 и = и sin А + arcsin(— — --)J, (1)

ФЪъи

Г где А - угол между основанием и входной гранью призмы; с(.„, - угол падения на входную грань призмы.

Волновод калибруется с помощью призмы, показатель преломления которого известен с высокой точностью (не хуже +5 ° 10 ). .Оптическим матери.алом для этих целей может служить набор разных марок тяжелого флинта (например, ТФ-5 с и =- 1,74971). Набор эффективных показателей преломле-, ния волновода п этим способом можно определить с точностью +1-10 . 40

КалиброВку эффективных показателей преломления волновода и ь можно прово- . дить с помощью рефрактометрического способа. В конкретном варианте реали-:.

" зации способа эталонный вводные приз- g5 мы изготавливают из сверхтяжелого флинта марки ТФ-5, с помощью которых проводилась калибровка эффективных ,показателей преломления планарного ионообменного оптического волновода . в стекле марки К-8. Из кристаллов

LiNb0>,èçã0òîâëÿþò исследуемые призмы связи. С их помощью на гониометре

ГС-5 измеряют новые резонансные углы возбуждения калиброванного волновода

55 и по формуле (4) определяют искомые показатели преломления кристалла

LiNb0 . Для одновременной проверки возможностей способа для измерения поЗнак (+) берется, когда падающий луч лежит между основанием призмы и нормалью к грани, а знак (-) имеем, когда в той же области лежит отраженный луч.

Для многомодового волновода с числом резонансных мод М» 2 для Моды с индексом m выражение (1) примет вид

S1ПЫ и = n sin А + arcsin(- — - ) (2) (ЪЪ P (пр

Э а для моды с индексом m + 1

S1ПМ a+i

n = n sin A+arcsin(- — — --) (3) и (, р

Исключив из выражений (2) и (3) угол А, получаем формулу для расчета показателя преломления призмы в виде казателя преломления малогабаритных оптических материалов исследуемые призмы из кристаллов 1.1ИЬОj изготовляют с линейными размерами менее

10 мм. В результате данной последовательности операций измерений на длине волны = 0,6328 мкм получают значения обыкновенного показателя преломления na = 2,2888 и необыкновенного показателя преломления ng = 2,201.

Способ определения показателя преломления прост и заключается в измерении резонансных углов возбуждения калиброванного волновода и вычислении неизвестного показателя преломления по формуле (4). В отличие от гониометрического способа, где угловые измерения проводятся с помощью наблюдения совпадения изображения щели с нитью окулярного креста, в способе использование волноводной техники позволяет измерять резонансные углы вол-.. новодных мод регистрацией интенсивности света с помощью фотоприемника. Такая техника угловых измерений увеличивает быстродействие исследования дисперсии оптически неоднородных материалов. Проведение измерений на двух волноводных модах одной и той

15627

Ф и sino(((n -в „)+(в(пЫ -sins Ä))

Г 2. 2 . . 2 и +з п о(„„ п ЫЫ,„- п,„„зиппо(„, ? г (и,„- и„„,)+(sin о — sin о,„ч,) 2(п sing - nщ„зхпоС„,.„)

1 же поляризации позволяет исключить угол А между входной гранью и основанием исследуемой призмы, что приводит к уменьшению операций угловых измере-. ний и к дополнительному уменьшению времени процесса измерений. Особенно использование волноводной техники .оказывается эффективным для обеспечения процесса измерения показателя преломления в невидимой области спектра.

Так как угловые измерения основаны на регистрации резонансных углов возбуждения волновода, поэтому качество обработки граней вводной призмы не су" щественно для процесса измерений, что важно для мягких трудно обрабатываемых оптических материалов. Снижение требований к оптической обработке призмы и обеспечение процесса измере" ний показателя преломления оптически неоднородных материалов в невидимой области спектра позволяют эффективно использовать его для измерения дисперсии таких трудно обрабатываемых оптически неоднородных материалов, как сверхтяжелые флииты с n = 2,0-2,3 и халькогенидные стекла с n = 2,5-3,5, Время измерения показателя преломления оптических материалов с помощью

91 6 способа на длине волны g = 0,6328 мкм равно 15 мин, вместо нескольких часов в случае измерений гониометрическим способом.

Формула изобретения

Способ измерения показателя преломления оптически неоднородных мате риалов, включающий направление кол-: лимированного монохроматического излучения на исследуемый образец, выполненный в виде призмы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью ускорения процесса измерений, коллимированное монохроматическое излучение направляют на призму, оптически. связанную с планарным оптическим волноводом с известными значениями двух эффективных показателей преломления и и и возбуждают в нем две волноводные моды монохроматического излучения, соответствующие известным значениям эффективных показателей преломления планарного волновода, определяют резонансные углы о(и М он ., возбуждения этих волноводных мод и рассчитывают величину искомого показателя преломления и о по формуле ! ((2

1562791

Составитель С.. Голубев

Редактор Н. Лазаренко . Техред М,Дидык Корре ктор М. Ма кси ю ши не ц

Заказ 1059 Тираж 512 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