Устройство для измерения коэффициен-ta отражения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. АВТОИЖОНУ С ТЮЛЬСУВУ

Сеюз Советсюа

Социайистичеспи»

Республик

hl>79856$

{61) Дополнительное и авт. сеид-ву— р1)м. к.з (22) Заявлено 10. 01. 79 (21)2711842/18-25

G 01 И 21/55 с присоединением заявки и†(23) Приоритет Гвсуларстненнмб квинтет

СССР

ho демам нзебретеннв н вткрмтнй

Ойубликовано 230181. Бюллетень И9 3

Дата онублинования описания 250181 (53) УДК 535.346. ,.1(088.8) (72) Автор изобретения

A. A. Ц|етников (71) Заявитель.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ОТРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к области прикладной оптики, в частности к уст-ройствам для измерения спектральных коэффициентов отражения металлических зеркйльных поверхностей в видимом и инфракрасном диапазонах спектра мето.дом многократных отражений.

Известно устройство для.измерения коэффициента отражения,,содержащее . 1О два плоских зеркала, установленные параллельно или под малым углом друг к другу, источник направленного оптического излучения, ось которого ле:жит в плоскости, перпендикулярной поверхности зеркал и составляет заданный угол с ними, и .приемник излучения, ось которого лежит в .той же плоскости (11

Недостаток данного устройства. -состоит в том, что при контроле зеркал 20 ограниченных размеров с.коэффициентом отражения, близким к единице, вв» возможно получить высокую точность измерений, так как число отражений на ограниченной площадке не может быть сделано достаточно большим., Кро ме того, в случае сферических зеркал, возрастает .погрешность измерений, связанная с неконтролируемыми диф,ракционными потерями. 30

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения коэффициента отражения, содержащее оптический ре- .зонатор, образованный двумя вогну-. тыми сферическими зеркалами, в пер- . вом из которых выполнено сквозное внеосевое отверстие для ввода и вывода излучения, источник направленно.

ro оптического излучения со средством для его фокусировки, ось которого проходит через центр,внеосевого от-верстия, фокусирующую систему, установленную между источником и резонатором с возможностью фокусировки излучения в полости резонатора, и

:приемник излучения, ориентированный симметрично отнОситвльнр плоскости, Проходящей через .центр;дтвефстия и ось. резонатора (2.1:

Недостаток известного устройства сосУойт в том;,что,при контроле отражакщих поверхностей с коэффициентом отражения близким к единице, высокая точность измерений может быть достигнута лишь в случае изделий достаточно больших поперечных размеров.

Поскольку точки пересечения луча с поверхностью зеркала располагаются по окружности, а пятна не должны

798562 накладываться друг на друга, то полагая диаметр луча равным d, получаем, что световой диаметр контролируемой поверхности больше опт 8 о K

Если диаметр контролируемого изделия меньше 3о, то на его поверхности нельзя получить оптимапьное число отражений и, следовательно, невозможно проводить измерения с максимальной для данного коэффициента отражения точностью, Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным плоским зеркалом со сквозным центральным отверстием, установленным в полости резонатора соосно ему, отражающей поверхностью навстречу второму зеркалу, источник оптического излучения и приемник ориентированы 20 так, что их оси проходят через центральное отверстие дополнительного зеркала, причем расстояние их от оси резонатора в плоскости .дополнительного зеркала минимально, а фокусирующая система выполнена с воэможностью фокусировки в этой плоскости.

Кроме того, геометрические параметры резонатора связаны соотношениями»

36

N = k) ° k2

Rq . cos LZ R2 Sin 2М

° 2 % (1) где и - число отражений

К „и К2 — целые числа; и L — расстояния or плоскости

1 2 дополнительного зеркала до вершин первого и второго зеркал соответственно, 40

К и К вЂ” радиусы кривизны, первого и второго зеркал

2 соответственно.

На чертеже представлена оптическая схема устройства. 45

Устройство состоит.из лазера 1, телескопической системы 2, состоящей из двух положительных линз 3 и 4, установленных с возможностью перефо- щ кусировки, диафрагмы 5, размещенной между линзами в фокусе первой из них, оптического резонатора, состоящего из первого вогнутого, сферического зеркала б со сквозным центральным отверстием, ориентированного отражающими поверхностями в направлении рас пространения излучения, и второго вогнутого сферического зеркала 8, ориентированного отражающей поверхностью им навстречу. Расстояние между зерка- d0 лами 6-7 и 7-8 подбирается из условия получения необходимого числа отражений на втором зеркале 8. Приемник излучения 9 установлен вблизи источника излучения, ориентированного

Аюп(1ЦК„)

Х cos,грК со (-Ф 2) 1<2

А Ьт(1Ц21(2) Q2 У К cosa К„ (2) где А — расстояние от центра внеосевого отверстия до оси резонатора.

Точки пересечения луча с поверхностью первого зеркала б при этих условиях распределяются равномерно по окружности диаметра 2 А, их количество равно k<, а общее количество отражений на поверхности второго зеркала составляет величину К.

Минимальный диаметр контролируемого изделия можно определить из () (2)

9М РК2 Ь пт сои% <

Кроме того, в устройстве должно выполняться условие

Мп й) К

oT8 Со 61Ц 2 К2 где D — диаметр центрального отОТ8 верстия дополнительного зеркала.

Из (3) и (4) получается в 1 К2

Ю1И ОТЬ Й,1 51Ь 2п 1К

Из теории оптических периодических систем известно, что дифракционные потери луча, распространяющегося в системе, малы, если его параметры соответствуют одной из нормальных мод периодической системы. В предлатак, что их оси проходят через центр внеосевого отверстия и через центральное отверстие дополнительного зеркала 7 симметрично друг другу относительно осевого сечения резонатора на минимальном расстоянии от оси резона-. тора в плоскости дополнительного зеркала, а телескопическая система фокусирует входной луч в этой же плоскости.

Если расстояние между зеркалами

6-7 и 7-8 выбраны из условия (1), то при каждом отражении луча на поверхности первого зеркала он будет проходить через центральное отверстие дополнительного и k2 раз отражаться в системе зеркал 7-8 от поверхности второго, причем точки пересечения его с поверхностью второго зеркала будут распределяться по эллипсу, форма которого в системе координат, ось которой совпадает с осью резонатора, а оси g и 1 ориентированы так, что проекция луча, отраженного от первого зеркала на плоскость =0 параллельна оси Z, будет описываться в параметрическом виде уравнениями

798562 где

Формула изобретения

40 гаемом устройстве это условие выполняется, если входной луч фокусируется с помощью телескопической системы в плоскости дополнительного зеркала, при этом параметры луча на поверхности первого зеркала периодически пов,торяются и выходящий луч с точностью до фазового множителя совпадает по характеристикам.с входным.

Измерение коэффициента отражения в предлагаемом устройстве прбизводят, определяя отношение выходных сигналов, поступающих с приемника излучения при двух различных положениях второго зеркала, соответствующих величинам

1с> и kg.

Значение коэффициента отражения

И р2 может быть определено по формуле

1 1

P = IW

2= о 3(„ф,-М )

po — коэффициент отражения плоского зеркала, щ = х — отношение сигналов, соответствующих величинам

4И k2 ° 2$ при контроле сферических зеркал с коэффициентом отражения 0,99 устройство обеспечивает контроль изделий диаметром меньше 50 мм с относительной погрешностью меньше 0,1% при чис- Я ле отражений N >50. Дальнейшее увеличение точности измерений возможно за счет увеличения коэффициента отражения дополнительного плоского зеркала и за счет применения более чув- 35 ствительных приемников излучения с интегрирующей сферой.

Устройство для измерения коэффициента отражения, содержащее оптический резонатор, образованный двумя вогнутыми сферическими, зеркалами, в первом из которых выполнено сквозное 45 внеосевое отверстие для ввода и вывода излучения„ источник направленного оптического излучения со средством фокусировки, ось которого проходит через центр внеосевого отвер- .$Q стия, фокусирующую .систему, установленную между источником и резонато ром с возможностью фокусировки излучения в полости резонатора, и приемник излучения, ориентированный симметрично относительно плоскости, проходящей через центр отверстия и ось резонатора, и приемник излучения, ориентированный симметрично относительно плоскости, проходящей через центр отверстия и ось резонатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что с целью повышения точности измерений, оно снабжено дополнительным плоским зеркалом со сквозным центральным отверстием, установленным в полости резонатора соосно ему, отражающей поверхностью навстречу второму зеркалу, источник оптического излучения и приемник ориентированы так, что их оси проходят через. центральное отверстие дополнительного зеркала, а фохусирующая система обеспечивает фокусировку излучения в этой плоскости, причем геометрические параметры резонатора связаны соотношениями:

"1 "2, 2

Lg - R, СОЯ . / И,, Lg = 82 s i nïNk» где — число отражений на по верхйости второго зеркала;

k u k — положительные целые

4 числа,;

R и R2 — радиусы кривизны первого и второго зеркал соответственно, б и L - расстояния от плоскос1 . 2 ти дополнительного. зер кала до вершин первого и второго зеркал соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

9 151063, кл. 501 И 21/48, 1968.

2.Рй. Cohuzac 1. loiman Hesure

des pouvoire refIecteurs cleves а

i aide "d" une cavite optique à ref.\ecteurs multiples" Noun Rw Optique, 7, 9 6, 1976, 363-367 (прототип).

798562

СоставителъА. Шнуров иленко Тех ед А. Ач . Ко екто Н. Швццкая

918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра скан наб. . 4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная„ 4