Интерференционный способ определения показателя преломления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (») 868498

Союз Советск и к

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено18.01.80 (21) 2892394/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приорнтет— (51)М. Кл.

G 01 И 21(45 фвудврстеенний квинтет

СССР вв делете нзоеретеннй н еткрмткй (53) УД К 535 . 322 ..4(088.8) Опубликовано 30.09.81. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 01 ° 10 ° 81

Н. В. Королев, P. М. Рагузин, С. Б, ХспаЧЩияров —,— ---, А. И. Фрез и В. А. Зверев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИ ЭННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Изобретение относится к оптике и, может быть использовано при определении показателей преломления тонких пленок, пластинок, покрытий, микропрепаратов и других подобных объектов в оптическом приборостроении, химии, 5 минералогии, физике высоких давлений и т.д.

Известен интерферометрический способ определения показателей преломления путем пропускания луча света через объект, измерения толщины образца и наблюдения интерференционной к артины 1 ).

Недостатки этого способа заключаются в том, что для измерения не15 обходимо наличие эталона с заранее известным показателем преломпения; при определении показателя преломле. ния необходимо измерение его толщины

20 причем точность измерения толщины непосредственно влияет на точность определения показателя преломления; все интерферометрические способы игпользуются для определения показателей преломпения в проходящем свете.

Кроме того, указанный способ пригоден только при измерениях микрообъектов толщиной более 1 мм, неизвестно использование интерферометрических способов для измерения показателей преломпения у микрообъективов.

Наиболее близким к предлагаемому является интерференционный способ измерения показателей преломления пластинок. При осуществлении этого снособа измеряемая плоскопараллельная пластинка помещается в параллельном пучке лучей, выходящих иэ монохроматора. Испытуемая пластинка устанавливается на угломерном приборе, позволяющем измерять углы ее поворота. Для исключения необходимости измерения толщины пластинки измерение разности хода производится дважды (в проходящем свете и в отраженном свете ) пу868498 4 спектра, сходящийся белый пучок лучей направляют на объект, фокусируют отс раженные от поверхности объекта лучи о- на щель спектрографа, наблюдают через измерительное устройство спект— рально-угловую интерференционнуюкартину, выбирают любую темную поло— су, наводят отсчетную метку измерительного устройства на участки полосы, соответствующие минимальному и максимальному углам падения светового пучка, с помощью измерительного устройства определяют соответствующие этим углам длины волн,: по кото) 5 рым судят о показателе преломления объекта.

На фиг. 1 представлена схема устм ройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — спектрально-угловая интерференционная картина.

Устройство содержит образец 1, лин

20 зу 2, спектрограф 3 и измерительное устройство 4 с отсчетной меткой.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность плоскопараллельного прозрачного образца 1 направляют сходящийся белый пучок лучей с углом падения от 1 „- до Чщ . Лучи отражаются от верхней и нижней поверхностей объекта. Установленной на пути отраженных лучей линзой 2 фокусируют отраженные лучи на входную щель спектрографа 3 и наблюдают полученную в плоскости спектра спектрально-угловую

35 интерференционную картину, которую измеряют с помощью измерительного уст»ройства 4. Ее возникновение объясняется следующим образом. Оптическая

° разность хода К в длинах волн g для

40 лучей, отраженных от поверхностей пластинки под углом Ц, при толщине Ь определяется известной формулой

Л (1) 45

hlQ (2) Ч

b av

55 тем вращения пластинки и измерения угла ее поворота. Определение показателя преломления производится по формульной зависимости, в которую вх дит число волн, (интерференционных полос), соответствующее длине хода луча в пластинке в проходящем и отра женном свете. При этом для определения числа волн необходимо выполнение нескольких промежуточных вычислений .(2).

Таким образом, при использовании этого способа необходимо дважды опре ,делить число интерференционньгх полос (для проходящего и отраженного света выполнить измерение угла поворота пластинки и провести промежуточные вычисления для использования их зате в основной формуле. Все это приводит к дополнительным затратам времени и усложнению аппаратуры из-за необходи мости поворота пластинок. Применение этого способа для измерения фаз гете рогенных микропрепаратов практически невозможно, так как в этом случа потребовалось,бы извлечь исследуемую фазу из препарата, изготовить из не плоскопараллельную пластинку и выпол нить соответствующие измерения. Учи тывая, что исследуемые включения могут иметь размер порядка нескольких микрон, обладать повышенной хрупкостью или твердостью, изготовление пластинок из них практически невозможно, Этот способ не может быть применен для измерения показателей прело ления в отраженном свете, представляющего большой интерес для пленок, нанесенных на непрозрачную подложку

Кроме того, в экстремальных усло виях, например при определении пока зателя преломления вещества, раздав ленного в тонкую пленку. между алмаз ными призмами, находящимися под высоким давлением, поворот пленки не— возможен. Следовательно, в подобных экстремальных случаях показатель преломления н, может быть измерен.

Цель изобретения — ускорение процесса измерений и обеспечение измерений в экстремальных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что в интерференционном способе определения показателя преломления, заключающеМся в том, что пучок света, направляют на объект, фокусируют его на щель спектрографа и наблюдают интерференционную картину в плоскости

На полученной интерференционной спектрограмме выбирают любую темную полосу и определяют для нее длины волн, соответствующие углам падения лучей „ и „„ „х.Можно записать

Если в формуле (2 ) известны Л,„, Л was а также 4 1 „.„" %max из нее

868498 следует формула для определения показателя преломления объекта с. р а "сии ась "во Р " ими у к у

Измерения А „и k. с1„выполняют измерительным устройством 4 с отсчетной шкалой, проградуированной в длинах волн, например, с помощью бисектора винтового окулярного микрометра.

Углы Ч и „ „„определяют при аттестации прибора, которым производят измерения по предлагаемому способу.

При этом используют вещества с заранее известным показателем преломления.

Предлагаемый способ может быть использован и для измерения толщины объекта. Для этого находят длины волн соответствующие К-1 и K+1 темным интерференционным полосам при Ч п (), ) (фиг.2).

Из формулы (1) следует

4 . ь) К

Х

Из формул (4) и(5 1 для величины

h получаем выражение

<4- )4-1иЮ;„

Таким образом, по сравнению с известными способами предлагаемый интерференционный способ измерения показателей преломления тонких пластинок пяенок, фазовых включений в микропрепаратах имеет следующие преимущества.

Позволяет определять показатель преломления отдельных фаэ, образующих включения в микропрепаратах без их извлечения из шлифов и срезов. При этом отпадают дополнительные и трудоемкие операции и аппаратура для извлечения включений, отпадает необходимость в наборах иммерсионных жидкостей и их аттестации, а также в других затратах времени и средств,, связанных с применением предлагаемоFo иммерсионного метода.

Позволяет производить измерения только в отраженном свете на микрообъектАх с поперечными размерами до

5 мкм. Такие измерения представляют особыи интерес при измерении показателей преломпения в экстремальных условиях, например при сжатии веществ .между алмазными наковальнями при . сверхвысоких давлениях, при измере-. ниях пленок, нанесенных на непрозрачную подложку и в других аналогичных "лучаях. Для подобных случаев в настоящее время не существует прямых

5 методов измерения показателей лреломления.

При измерении показателей преломления по предлагаемому способу не требуется применение эталона и опре1О деления толщины объекта или исполь1 зов ание дополнительных побочных деиствий, позволяющих исключить измерение толщины объектов, а также не требуется высокая монохроматичность

15 освещающего пучка лучей. При этом попутно может быть также определена толщина объекта.

Обобщая все изложенные преимущества предлагаемого способа можно сде.— лать вывод, что трудоемкбсть операций при измерении показателей преломления сокращается не менее, чем в

2-3 раза, уменьшаются затраты на оборудование примерно в 1,2-1,5 раза р5 а также появляется возможность измерения показателей преломления для объектов, находящихся в экстремальных условиях.

Формула изобретения

Интерференционный способ определения показателя преломпения, заключающийся в том, что пучок света направляют на объект, фокусируют его на щель спектрографа и наблюдают интерференционную картину в плоскости

55 спектра, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса измерений и обеспечения измерений в экстремальных условиях, сходящийся белый пучок лучей направляют на объект

40 фокусируют отраженные от поверхности объекта лучи на щель спектрографа, наблюдают через измерительное устройство спектрально-угловую интерференционную картину, выбирают любую темную полосу, наводят отсчетную метку измерительного устройства на участки полосы, соответствующие минимальному и максимапьному углам падения светового пучка, с помощью измерительного устройства определяют соответствующие этим углам длины волн, по которым судят о показателе преломления объекта.

Источники информации, принятые во ввимание при экспертизе

1. Борбат А. N. и др. Оптические

55 измерения. Киев, Техника, 1967,гл. УП.

ll II

2. Захарьевский А. Н .. Интерферомет. ры. И., Оборонгиз, 1952, с. 232-237 (прототип).

868498 а,к

Я1 l i Р

Риг.2

Составитель В. Юртаев

Редактор Н. Безродная Техред М. Рейвес Корректор У.Пономаренко

Заказ 8309/58 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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