Способ поляризационно-оптического измерения оптической разности хода
Изобретение относится к оптическим измерениям, в частности к способу поляризационного измерения оптической разности хода. Цель изобретения - увеличение достоверности определения угла поворота плоскости поляризации при увеличении быстродействия. Для этого пучок линейно поляризованного света, содержащий две монохроматические компоненты на длинах волн λ<SB POS="POST">1</SB> и λ<SB POS="POST">2</SB>(λ*98л<SB POS="POST">2</SB>), НАпРАВляюТ HA ОбЪЕКТ и дАлЕЕ HA КОМпЕНСАТОР, АНАлизАТОР и МНОгОэЕлЕМЕНТНый фОТОпРиЕМНиК, изМЕРяюТ углы пОВОРОТА АНАлизАТОРА φ<SB POS="POST">1</SB> и φ<SB POS="POST">2</SB>, при которых происходит гашение части пучка (в каждой точке объекта) на длинах волн λ<SB POS="POST">1</SB> и λ<SB POS="POST">2</SB> соответственно, формируют величину φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB> так, что φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>={φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>}, если /φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>/≤φ/2, φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>-φ, если /φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>/*98п/2, φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>+φ, если /φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>/←φ/2 рассчитывают величину φ<SB POS="POST">1</SB> по формуле φ<SB POS="POST">1</SB>=(φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">2</SB>)/(1-R), где R=λ<SB POS="POST">1</SB>/λ<SB POS="POST">2</SB>*981 определяют начальное угловое положение анализатора φ<SB POS="POST">0</SB> усреднением по всем элементам фотоприемника, расчитывают целое число K<SB POS="POST">1</SB> длин волн, заключенных в разности хода, по формуле: K<SB POS="POST">1</SB>=INT{[φ<SB POS="POST">1</SB>-(φ<SB POS="POST">1</SB>-φ<SB POS="POST">0</SB>)]/φ+0,5 рассчитывают угол поворота плоскости поляризации по формуле φ<SB POS="POST">1</SB>=φ<SB POS="POST">1</SB>+K<SB POS="POST">1</SB>φ-φ<SB POS="POST">0</SB> и оптическую разность хода δ по формуле δ<SB POS="POST">1</SB>=2φ<SB POS="POST">1</SB>λ<SB POS="POST">1</SB>/2φ. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (5I)5 G 01 N 21/21
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4301639/31-25 (22) 08.09.87 (46) 30.12.90. Бюл. № 48 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) И. В. Александров, С. П. Викулов, М. Е. Жаботинский, В. В. Романовцев, А. Н. Тузов, С. Я. Фельд и О. Е. Шушпанов (53) . 535.8 (088.8) (56) Shibata N. et а1. Аррl. Opt., V. 21, 1982, № 19, с. 3507 — 3510.
Эдельштейн E. И. О методе компенсации Сенармона. — — В сб.: Исследования по упругости и пластичности, изд-во МГУ, 1963, № 2, с. 153 — 156. (54) СПОСОБ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ РАЗНОСТИ ХОДА (57) Изобретение относится к оптическим измерениям, в частности к способу поляризационного измерения оптической разности хода. Цель изобретения — увеличение достоверности определения угла поворота плоскости поляризации при увеличении быстИзобретение относится к оптическим измерениям свойств стеклянных, полимерных и других прозрачных объектов, в частности к компенсационному измерению двулучепреломления для оптимизации конструкций объектов и технологии, а также для прогноза долговечности объектов.
Цель изобретения — повышение точности измерения оптической разности хода путем увеличения достоверности результатов измерений при увеличении быстродействия, С пос об реализуется следующим образом.
Сначала измеряют для каждой точки объекта (для каждого элемента фотоприемника) ф; и фг; — углы поворота анали„„SUÄÄ 1617325 А 1
2 родействия. Для этого пучок линейно поляризованного света, содержащий две монохроматические компоненты на длинах волн
4 и r. (1 C-).z), направляют на обьект и далее на компенсатор, анализатор и многоэлеменгный фотоприемник, измеряют углы поворота анализатора ф| и фг, при которых происходит гашение части пучка (в каждой точке объекта) нг длинах волн й1 и i соответственно, формируют величину ф — ф так, что ф « — ф =(ф — ф, если /pi — ф /
/(л/2, ф « — ф — л, если /ф — ф /) л/2, Q« — ф +и., если /
/(1 — Я), где R=i.i Я2(1; определяют начальное угловое положение анализатора сго усреднением по всем элементам фотоприемника, рассчитывают целое число К длин .волн, заключенных в разности хода, по формуле: Ki =IN T((«p — (g — cpo))/л+0,5); рассчитывают угол поворота плоскости поляризации по формуле ср|=ф«+К я — срю и оптическую разность хода 6 по формуле
6 =2 «i /2л. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. затора, при которых происходит гашение компонент пучка в данной (i-й) точке с длинами волн i I и Хг (4(Л2). Использование многоэлементного фотоприемника позволяет без. предварительного скрещивания анализатора и поляризатора определять начальное угловое положение анализатора сро (начало отсчета углов). Значение «ро позволяет определить Кп«2о — целое число длин волн, заключенных в оптической разности хода — при измерениях на Х (Xz) для -го элемента фотоприемника (i-й точки объекта) . По найденным значениям и Кп и измеренным значениям фь определяют угол поворота плоскости поляризации (на длине волны Х«в каждой точке объекта) по формуле
1617325 (5) (6) 35г
Ч>) =ф) +К) л — Ч>о. (1)
На фиг. 1 приведены зависимости уг1 лов поворота плоскости поляризации и <рг и углов поворота анализатора ф) и фг, измеряемых в диапазоне 0 — л, при которых происходит гашение пучка, от р) по пред, лагаемому способу; на фиг. 2 — ломаная линия зависимости разности ф) — фг от рь
Углы tpl и <рг могут превышать л, тогда
) как фг и фг не могут превышать л из-за известных свойств анализатора. На длине волны Р.г наклон прямой, характеризующей зависимость рг от р), менее 45 . Из приведенных зависимостей следует, что по измерениям на какой-либо одной длине волны нельзя однозначно восстановить р) или qp2 по измерениям ф) или фг. Используя информацию о разности ф) — фг, можно однозначно восстановить ср) и tp2. Это подтверждает полученное нами соотношение между отношением используемых длин волн Я=i)/
/).2(1 и наибольшим значением углов поворота плоскости поляризации К),„л, при кото) рых возможно однозначное восстановление (p) и (p2 по измеренным ф) и фг
)c, ( 22 2 (1 — R)
Для R=08, K)„=25, т.. е. q) может изменяться от — 2,5л до +2,5л. Далее по измеренным ф) и фг формируют величину ф) — фг по формуле л ф) — фг, если (ф) — фг((л/2; (2) г2 игг=Гг) — г)гг — л, если,— г2г)лг2; (q — г)гг-)-гг, если 2t — qc(— лг2, соответствующую разности углов поворота плоскости поляризации (фиг. 2). Ломаная линия соответствует зависимости разности ф) — фг от р).
Преобразование (2) позволяет восстановить разность полных углов поворота плоскости .юляризации — отрезок прямой с наклоном 0,2 в пределах от — -2,5л до +2,5л.
Для определения (pp с высокой точностью необходимо использовать многоэлементный фотоприемник, содержащий порядка 10 элементов, и усреднять значение р„по всем элементам фотоприемника. При этом используется тот факт, что значение фо одина ково для всех элементов фотоприемника.
Усреднение по 10 точек позволяет на порядок уменьшить среднеквадратическую случайную ошибку измерений уо по сравнению с одноэлементным фотоприемником. Погрешность определения <рд при использовании промышленного многоэлементного фотоприемника (линейка из 1024 элементов протяженностью 15 мм) составляет 1% при малых ((10 - — !О "))л значениях ср)) и (0,1 — 0,01)% при больших значениях ñpt). Величину ср)) определяют по формулам: ро=-arrcos(cosset)); (3) .osq; ; — — sgn(sin2q)))) q1+ — соs2tpt))/2; (4) 4
М=)гг п2рю) +Cccc2cpc), — л
stn2tpt)= — Х stn(2@),— (ф),— фг;)—
A 1= — (1+ 0)<р););
22
cos2(pt)=- - Х соз(2фп — (Q) фг)—
"Й вЂ (1 + 1 )ф l, (7) где % — количество элементов фотоприемника;
Тр); определяется по формуле л ги ф! ф2 (8) 1-
Далее, используя информацию о
tp) и gi) — ф, определяют в точке t целое чис, л ло длин волн К) г заключенных в оптической разности хода, по формуле \
K,=!, )17 (t — - — (ф),— р))1/л+0,5). (9) -д
Число К) †. целое и это позволяет использовать для его точного определения грубую оценку,<р) по формуле (8). Расчет по формуле (9) позволяет точно определить K) (достаточно определить K) с погрешностью менее 0,5), так как погрешность определения уо составляет доли процента от л, абсол ютная ошибка при грубой оценке р) не превышает 0,45л, а наибольшая ошибка измерения ф) не превышает единиц процентов.
Далее по формуле (1) рассчитывают значение угла поворота плоскости поляризации в точке (сечения объекта.
При измерениях по способу-прототипу при некоторых значениях углов гашения пучка (таких, что (ф) — фг(=л/2) погрешности определения угла поворота плоскости поляризации по формуле (2) могут достигать нескольких л, что резко снижает достоверность измерений.
Согласно фиг. 2 в области tp) - — 2,5 разность ф) — фг л/2. При отсутствии ошибок измерения ф) — фг)л/2, например, ф) — фг=
=0,505 л, что соответствует значениям ф) фг= — 0,495л (по формуле (2) ) и p)= — — 2,5.л. Наличие случайной ошибки Л, например Л= — 0,01 л, приводит к ф) — фг+
+Л=0,495л(ф) — фг+Л(л/2), что соответствует уже ф) ф2=0,495л и р) -2г5л, т. е. видно, что погрешность определения грубой оценки y) по формулам (2) и (8) составляет 5л, что ие позволяет выполнить точный расчет tp) по формуле (1). Экспериментально установлено, что указанную погрешность определения ф) фг по формуле (2) можно исключить и тем самым увеличить достоверность определения угла поворота плоскости поляризации путем незначительного сужения диапазона изменения допустимых значений К), а именно! o l 7?25
Формула изобретения
Фиг.1 (10)
К| — наибольшее из значений К в объР екте. В процессе измерения в каждой точке объекта (для каждого элемента фотоприемника) определяют Кп. Если для наибольшего значения IK!l в объекте условие (10) не выполняется, то измерение необходимо повторить на других длинах волн (необходимо увеличить значение Р) так, чтобы условие (1О) выполнялось.
Таким образом повышается точность и достоверность измерения оптической разности хода по сравнению с прототипом.
i. Способ поляризационно-оптического измерения оптической разности хода на длине волны Х, по которому на объект и далее на компенсатор и анализатор направляют пучок линейно поляризованного света, содержащий две монохроматические компоненты на длинах волн 4 и kz (k,!(Õг), и регистрируют его фотоприемником, измеряют углы поворота анализатора ф и фг, при которых происходит гашение части пучка (в каждой точке объекта) на длинах волн
4 и лг соответственно, формируют величину ф фг так, что — фг, если i%i — фг;(ч/2; Ф фг= Ф1 — фг — л, если 1 — фг)л/2; ф — фг+л, если ф — фг(л/2, рассчитывают величину yi по формуле б ф 1 г
Ф,=- — д
Где R=).i/ë2(1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения оптической разности хода путем увеличения достоверности определения угла поворота плоскости поляризации при увеличении быс-родействия, регистрацию осуществляю-, многоэлементным фотоприемником, определяют начальное угловое положение анализатора сро усреднением по всем элементам фотоприемника, рассчитывают целое число К, длин волн, заключенных в разности хода, по формуле
К =И 7(! Ч i — (pi — ро)) /л+0,5j, рассчитывают угол поворота плоскости поляризации р по формуле
g i =- 9 i+ K. л — ч о, проверяют выполнение условия
K (. — 0 88, 20 где К вЂ” максимальное значение IA il в объекте, рассчитывают оптическую разность хода S по формуле
S = cp! я / л.
2. Способ по и. I, отличающийся тем, что на объект направляют пучок линейно поляризованного света, содержащий две монохроматические компоненты на длинах волн
1; и iz, выбираемых из условия
ЗΠ— — (R (—, ". . 1К,.
0,88+2К!н 1+2К4„
1617325
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская на 6., д. 4)5
Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101
Редактор М. Келемеш
Заказ 4114
Составитель А. Грузинцев
Техред А. Кравчук Корректор Т. Малец
Тираж 515 Подписное
