Спектрополяриметр
Изобретение относится к оптическому поляризационному приборостроению. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения влияния нелинейностей. Излучение от источника 1 через монохроматор 2 попадает на вращающийся поляризатор 3. Поляризатор 3 предназначен для осуществления оптической автоматической регулировки усиления. Излучение через неподвижный поляризатор 6 попадает на фазовый компенсатор 7, на задней по ходу луча стороне которого напылена зеркальная диафрагма 12, а на передней стороне - прозрачное электропроводящее покрытие 13. Фазовый компенсатор 7 всегда имеет полуволновый сдвиг. С помощью датчика 11 угол-код точно определяется угол азимута излучения, падающего на кювету 18 для образца. После кюветы 18 установлен анализатор 19, который разделяет излучение на две ортогональные компоненты, которые регистрируются фотоприемниками 20 и 21, подключенными к входам схемы 22 суммарно-разностной обработки. Разностный сигнал используется для определения момента компенсации поляриметрического тракта, а суммарный сигнал используется для снижения нелинейных искажений. Изобретение увеличивает точность поляриметрических измерений в 3 - 4 раза в расширенном спектральной диапазоне. 1 ил.
Изобретение относится к оптическому поляризационному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет снижения влияния нелинейностей. На чертеже представлена структурная схема спектрополяриметра. Спектрополяриметр содержит полихроматический управляемый источник 1, управляемый монохроматор 2, вращающийся поляризатор 3, привод 4 поляризатора, двигатель 5 привода поляризатора, неподвижный поляризатор 6, фазовый компенсатор 7 в виде электрооптического кристалла, оправу 8 компенсатора, привод 9 компенсатора, двигатель 10 привода компенсатора, датчик 11 угол-код, определяющий ориентацию компенсатора, кольцевую зеркальную металлическую диафрагму 12, электропроводящее прозрачное покрытие 13, фотоприемник 14 фазометрического канала, высоковольтный усилитель 15, кольцевую диафрагму 16 с непрозрачным центром, кольцевой коллектор 17, кювету 18 с исследуемым образцом, поляризационный анализатор 19, фотоприемники 20 и 21, схему 22 суммарно-разностной обработки, электронно-вычислительное устройство 23, блок 24 задержанной оптико-электронной регулировки усиления, усилитель 25, схему 26 управления скоростью вращения двигателя фазового компенсатора. Спектрополяриметр работает следующим образом. Излучение полихроматического источника 1 проходит управляемый монохроматор 2, падает на вращающийся поляризатор 3, поворачиваемый вокруг оптической оси с помощью электромеханического привода 4 и двигателя 5. Поляризатор 3 предназначен для осуществления оптической автоматической регулировки усиления и в исходном положении находится под углом, близким к углу скрещивания с неподвижным поляризатором 6. Ослабленный неподвижным поляризатором 6 поток проходит через его торцовый выход и попадает на вращающийся фазовый компенсатор 7 в виде электрооптического кристалла, установленного во вращающейся оправе 8, связанной кинематически через привод 9 с двигателем 10 и датчиком 11 угол-код. На заднюю по ходу луча поверхность электрооптчисекого кристалла напылена кольцевая зеркальная металлическая диафрагма 12, а на переднюю поверхность кристалла напылено сплошное прозрачное электропроводящее покрытие 13 или в виде кольца. Периферическая часть светового потока, вышедшего из неподвижного поляризатора 6, проходит электрооптический кристалл, отражается зеркальной диафрагмой-электродом, проходит в обратном направлении второй раз электрооптический кристалл и возвращается в неподвижный поляризатор 6. Так как в электрооптическом кристалле происходит преобразование состояния поляризации излучения, появляется компонента ретроотраженного излучения, ортогонально поляризованная измерительному излучению, которая отклоняется поляризатором 6 и выходит из него через боковой выход на фотоприемник 14 фазометрического канала, подключенный на управляющий вход высоковольтного усилителя 15. В центре поля зрения фотоприемника 14 установлена кольцевая диафрагма 16 с непрозрачным центром, экранирующая ретроотраженное излучение центральной части измерительного пучка. Выход усилителя 15 подключен через кольцевой коллектор 17 к напыленным электродам 12 и 13 электрооптического кристалла. Кольцевой коллектор 17 может быть заменен вращающимся тороидальным трансформатором с броневым сердечником. Описанная оптико-электронная петля обратной связи поддерживает напряжение на электродах электрооптического кристалла таким образом, чтобы фазовый сдвиг в кристалле соответствовал величине 
/2 на текущей длине волны излучения. Таким образом, фазовый компенсатор 7 при изменении длины волны облучающего света всегда имеет полуволновый сдвиг, т.е. работает в режиме эквивалентной ахроматизированной полуволновой пластинки. В этом случае плоскость поляризации излучения, прошедшего центральную зону электрооптического кристалла, поворачивается на угол, превышающий угол поворота пластинки ровно в два раза, поэтому, измерив текущий угол поворота фазового компенсатора 7 с помощью датчика 11 угол-код, можно точно определить угол азимута излучения, падающего на измерительную кювету 18 с исследуемым образом. Исследуемый образец, помещенный в кювету 18, доворачивает плоскость поляризации падающего излучения на определенный угол, зависящий от его оптической активности. После измерительной кюветы 18 излучение поступает на вход поляризационного анализатора 19, который разделяет его на две ортогонально поляризованные компоненты, которые одновременно регистрируются фотоприемниками 20 и 21, подключенными на информационные входы схемы 22 суммарно-разностной обработки. Выход разностного сигнала схемы 22 соединен с информационным входом устройства 23 и его параметры используются для определения момента компенсации поляриметрического тракта и идентификации полуволновой разности фаз фазового компенсатора 7 от разности фаз, кратной целому числу волн, путем измерения амплитуды четвертой гармоники частоты вращения фазового компенсатора. При этом устройство 23 определяет временной сдвиг между опорными сигналами, вырабатываемыми датчиком 11 угол-код, и разностным сигналом и по измеренному промежутку времени определяет величину оптической активности исследуемого образца. Выход суммарного сигнала схемы 22 соединен с вторым информационным входом устройства 23 и входом блока 24 задержанной оптико-электронной автоматической регулировки усиления, предназначенным для снижения нелинейных искажений оптико-электронного тракта. Блок 24 сравнивает сигнал, поступивший с выхода суммарного сигнала схемы 22, с уровнями опорного напряжения задержанной автоматической регулировки усиления. Если амплитуда сигнала превышает первый опорный уровень, то блок 24 вырабатывает сигнал рассогласования, который поступает на электродвигатель 5 электромеханического привода 4 вращающегося поляризатора 3. Двигатель 5 вращает поляризатор 3 до тех пор, пока амплитуда суммарного сигнала не сравняется с первым опорным уровнем. Если первоначально уровень суммарного сигнала превышает величину первого и второго опорных уровней, то блок 24 вырабатывает сигнал, поступающий через усилитель 25 на вход управления мощностью источника 1 излучения, который быстро снижает мощность излучения, поступающего в оптический тракт, предотвращая тем самым быстродействующую импульсную перегрузку фотоприемников 20 и 21. Одновременно блок 24 вырабатывает сигнал для канала вращающегося поляризатора 3, который с меньшим быстродействием, но с большими точностью и динамическим диапазоном регулирует величину оптического сигнала и восстанавливает режим работы источника 1 излучения. После выполнения операции измерения оптической активности на одной длине волны света устройство 23 выдает команду монохроматору 2 изменить длину волны проходящего излучения на один дискрет и алгоритм измерения, описанный ранее, повторяется циклически, пока не будет пройден весь исследуемый спектральный диапазон. Изобретение позволяет увеличить точность спектрополяриметрических измерений в 3 4 раза в расширенном спектральном диапазоне измерений.
Формула изобретения
Спектрополяриметр, содержащий оптически связанные источник излучения, монохроматор, поляризатор, кювету для образца, анализатор и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет снижения влияния нелинейностей, он содержит дополнительный поляризатор, снабженный приводом вращения, фазовый компенсатор, снабженный приводом вращения и датчиком угол-код, первый и второй дополнительные фотоприемники, усилитель сигнала регулировки светового потока, блок задержанной автоматической регулировки усиления, снабженный входом и первым и вторым выходами, высоковольтный усилитель, снабженный входом, выходом и входом регулировки усиления, схему суммарно-разностной обработки сигнала, снабженную первым и вторым входами и суммарным и разностным выходами, электронно-вычислительное устройство, снабженное первым, вторым и третьим входами и первым, вторым и третьим выходами, при этом поляризатор и анализатор выполнены в виде поляризационных светоделителей, боковой выход каждого из которых оптически связан с первым и вторым дополнительными фотоприемниками соответственно, дополнительный поляризатор размещен по ходу луча между монохроматором и поляризатором, фазовый компенсатор размещен по ходу луча между поляризатором и кюветой для образца, выходы фотоприемника и второго дополнительного фотоприемника соединены соответственно с первым и вторым входами схемы суммарно-разностной обработки сигнала, разностный выход которой соединен с первым входом электронно-вычислительного устройства, суммарный выход схемы суммарно-разностной обработки сигнала соединен с вторым входом электронно-вычислительного устройства и входом блока задержанной автоматической регулировки усиления, первый выход которого соединен с приводом вращения дополнительного поляризатора, а второй выход через усилитель сигнала регулировки светового потока соединен с источником излучения, выход первого дополнительного фотоприемника соединен с входом регулировки усиления высоковольтного усилителя, вход которого соединен с первым выходом электронно-вычислительного устройства, а выход соединен с фазовым компенсатором, датчик угол-код фазового компенсатора соединен с третьим входом электронно-вычислительного устройства, второй выход которого соединен с монохроматором, а третий выход с приводом вращения фазового компенсатора.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002
Извещение опубликовано: 10.04.2002
