DE1063829B

DE1063829B - Optical device for displaying the curves for the course of the refractive index or the refractive index gradient in a layered medium

Info

Publication number: DE1063829B
Application number: DEV9989A
Authority: DE
Inventors: Dr Wolfgang Nebe
Original assignee: FREIBERGER PRAEZ SMECHANIK VEB
Current assignee: FREIBERGER PRAEZ SMECHANIK VEB
Priority date: 1956-01-03
Filing date: 1956-01-03
Publication date: 1959-08-20

Description

Optische Einrichtung zur Darstellung der Kurven für den Verlauf des Brechungsindex oder des Brechungsindexgradienten in einem geschichteten Medium Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung zur Darstellung der Kurven für den Verlauf des Brechungsindex oder des Brechungsindexgradienten in einem geschichteten Medium, mit einem in der Brennebene eines Kollimatorobjektivs liegenden Gitter aus lotrechten Linien als Lichteintrittsöffnung, einer hinter dem Kollimatorobjektiv angeordneten, zwei lotrechte Schlitze enthaltenden Blende, zwei nebeneinanderliegenden Zellen für das zu untersuchende Medium und eine homogene Vergleichssubstanz und zusätzlichen optischen Gliedern zur Erzeugung eines Interferenzbildes zwecks Darstellung der Kurve für den Verlauf des Brechungsindexgradienten in dem Medium mittels zweier die Blendenschlitze in gleicher Höhe durchsetzender, achsenparalleler Lichtstrahlen, die beide die Zelle für das Medium durch Einwirkung eines zwischen dieser Zelle und der Blende angeordneten Systems planparalleler Glasplatten in Höhe gegeneinander versetzt durchlaufen und nach dem Verlassen der Zelle durch Einwirkung eines entsprechenden Glasplattensystems wieder in gleiche Höhe zueinander gebracht werden. Optical device for displaying the curves for the course of the Refractive index or the refractive index gradient in a layered medium Die The invention relates to an optical device for displaying the curves for the Course of the refractive index or the refractive index gradient in a layered Medium, with a grating lying in the focal plane of a collimator lens vertical lines as the light entry opening, one behind the collimator lens arranged, two vertical slots containing aperture, two adjacent Cells for the medium to be examined and a homogeneous reference substance and additional optical elements for generating an interference image for the purpose of representation the curve for the course of the refractive index gradient in the medium by means of two Axis-parallel light rays penetrating the aperture slits at the same height, both the cell for the medium by the action of one between this cell and the system of plane-parallel glass plates arranged at the height of one another run through staggered and after leaving the cell by the action of a corresponding Glass plate system are brought back to the same height to each other.

Um eine Einrichtung dieser Art auf einfache Weise dafür geeignet zu machen, daß sie auch ein Interferenzbild liefern kann, das die Kurve für den Verlauf des Brechungsindex in dem Medium erkennen läßt, wird gemäß der Erfindung die Schlitzblende in ihrer Ebene waagerecht verschiebbar angeordnet, damit sie aus derjenigen Stellung, in. der ihre beiden Schlitze nur d.ie Zelle für das Medium beleuchten, in eine zweite Stellung gebracht werden kann, in der jede Zelle durch einen der beiden Schlitze Licht erhält. Dabei sind jene beiden Glasplattensysteme so anzuordnen, daß wenigstens das vordere von ihnen bei jener zweiten Stellung der Schlitzblende die gegenseitige Höhenlage zweier die Blendenschlitze in gleicher Höhe durchsetzender achsenparalleler Lichtstrahlen meht beeinflußt. To make a facility of this type suitable for this in a simple manner to make that it can also provide an interference pattern that the curve for the The course of the refractive index in the medium can be recognized, according to the invention the slit diaphragm arranged horizontally in its plane so that it is out the position in which its two slits are only the cell for the medium illuminate, can be brought into a second position, in which each cell through one of the two slots receives light. Here are those two glass plate systems to be arranged so that at least the front of them in that second position of the Slit diaphragm the mutual height of two the diaphragm slots in the same Height penetrating axially parallel light beams more influenced.

Aufnahmen der beiden Interferenzbilder kurz nacheinander auf eine einzige Platte sind dadurch möglich, daß dem Gitter eine Blende zugeordnet wird, die entweder allein oder zusammen mit dem Gitter in der gleichen Richtung wie die Sohlitzblende verschiebbar so angeordnet ist, daß nacheinander verschiedene Teile des Bildfeldes ausgeleuchtet werden können. Bei ortsfestem Gitter kann die Gitterblende sowohl dem Gitter benachbart sein als auch in einer Bildebene des Gitters liegen. Recordings of the two interference images in quick succession on one single plates are possible by assigning a screen to the grille, which either alone or together with the grid in the same direction as that Sohlitzblende is arranged displaceably so that successively different parts of the image field can be illuminated. In the case of a stationary grid, the grid screen both be adjacent to the grid and also lie in an image plane of the grid.

Beide Interferenzbilder lassen sich auch dadurch erzeugen, daß an Stelle der verschiebbaren Zweischlitzblende eine fest angeordnete Blende vorgesehen wird, die zwei Paare von lotrechten Schlitzen mit gleichem Schlitzabstand enthält, von denen das eine zwei Lichtstrahlen liefert, die das Interferenzbild zur Darstellung der Brechungsindexkurve erzeugen und je eine der beiden Zellen in gleicher Höhe durchsetzen, während das andere Paar zwei Lichtstrahlen liefert, die das Interferenzbild zur Darstellung der Brechungsindexgradientenkurve erzeugen und nur die Zelle für das Medium durchsetzen, und zwar in verschiedener Höhe. Both interference images can also be generated by an Instead of the sliding two-slit diaphragm, a fixed diaphragm is provided containing two pairs of perpendicular slots with the same slot spacing, one of which supplies two light beams that display the interference image of the refractive index curve and each one of the two cells at the same height pass through, while the other pair delivers two light beams that form the interference pattern to display the refractive index gradient curve and only the cell for enforce the medium, and at different levels.

Die Einrichtung mit solcher Vierschlitzbiende erfordert zwar eine breitere Zelle für das Medium, hat aber gegenüber der Einrichtung mit verschiebbarer Zweischlitzblende den Vorteil, daß bei der Bedienung eine Einstellung fortfällt und daß die Interferenzbilder sich gleichzeitig gewinnen und auch gleichzeitig photographisoh auf ein und dieselbe Platte aufnehmen lassen. Voraussetzung dafür ist, daß hinter den Zellen noch optische Glieder angeordnet sind, die wenigstens die durch das eine Paar von Schlitzen durchgelassenen Lichtstrahlen so beeinflussen, daß die beiden Interferenzbilder nebeneinander zu liegen kommen. Gut geeignet dafür ist ein Biprisma, dessen beide Hälften je auf die Lage eines der beiden Interferenzbilder einwirken. The establishment with such a four-slot tape requires one wider cell for the medium, but has slidable compared to the facility with Two-slit diaphragm has the advantage that no setting is required when operating and that the interference images are obtained at the same time and also photographically at the same time can be recorded on the same plate. The prerequisite for this is that behind the cells are still optical members are arranged at least through the one Pair of slits affect the transmitted light rays so that the two Interference images come to lie next to each other. A biprism is well suited for this, the two halves of which each act on the position of one of the two interference images.

Um für das Medium eine Zelle von möglichst geringer Breite zu erhalten, empfiehlt es sich, sowohl im Falle der verschiebbaren Zweischlitzblende als auch im Faile der fest angeordneten Vierschlltzblende jedes der beiden Glasplattensysteme zur Versetzung derjenigen beiden Lichtstrahlen gegeneinander in Höhe, die das Interferenzbifd zur Darstellung der Brechungsindexgradientenlilurve erzeugen, so aus zu bilden, daß es aus einer einzigen Glasplatte besteht, die nur auf einen der beiden Lichtstrahlen einwirkt und diesen Lichtstrahl auch in Seite versetzt. In order to obtain a cell of the smallest possible width for the medium, it is recommended both in the case of the sliding two-slit diaphragm and in the case of the fixed four-door shutter, each of the two glass plate systems to offset those two light rays from each other in height, which the interference beam to represent the refractive index gradient purple curve, so to form that it consists of a single sheet of glass that only points to one of the two light rays acts and also shifts this light beam to one side.

In der Zeichnung sind zwei der Erfindung entsprechende optische Einrichtungen je in einem Ausfüh rungsbeispiel schematisch dargestellt. In the drawing are two optical devices corresponding to the invention each shown schematically in an exemplary embodiment.

Abb. 1 bis 3 veranschaulichen ein Ausftihrungsbeispiel mit verschiebbarer Zweischiitzblende und verschiebbarer Gitterblende während Abb. 4 und 5 ein Ausführungsbeispiel mit fest angeordneter Ä' ierschlitzblende zeigen. Fig. 1 to 3 illustrate an exemplary embodiment with a sliding Two-slit diaphragm and sliding grille screen while Figs. 4 and 5 show an embodiment with a fixed slot diaphragm.

Für das erste Ausführungsbeispiel ist Abb. 1 ein axialer Horizontalschnitt bei derjenigen Stellung der Zweischlitzblende und der Gitterblende, bei der die beiden interferierenden Lichtstrahlen je eine der beiden Zellen durchsetzen und auf der linken Seite einer Mattscheibe ein Interferenzbild liefern, das die Kurve für den Verlauf des Brechungsindex in dem Medium erkennen läßt. Abb. 2 ist ein zweiter axialer Horizontalschnitt bei derjenigen Stellung der beiden Blenden, bei der die beiden interferierenden Lichtstrahlen nur die Zelle für das Medium durchsetzen und auf der rechten Seite der Mattscheibe ein Interferenzbild liefern, das die Kurze für den Verlauf des Brechungsindexgradienten in dem Medium erkennen läßt. Abb. 3 ist ein axialer Vertikalschnitt für die Stellung der Blenden gemäß Abb. 2. For the first embodiment, Fig. 1 is an axial horizontal section in the position of the two-slit diaphragm and the grille in which the two interfering light beams each penetrate one of the two cells and on the left side of a focusing screen provide an interference pattern that shows the curve for the course of the refractive index in the medium can be seen. Fig. 2 is a second axial horizontal section in that position of the two diaphragms in which the two interfering light rays only penetrate the cell for the medium and on the right side of the focusing screen provide an interference pattern that the short for the course of the refractive index gradient in the medium can be recognized. Fig. 3 is an axial vertical section for the position of the diaphragms according to Fig. 2.

Für das zweite Ausführungsbeispiel ist Abb. 4 ein axialer Horizontalschnitt und Abb. 5 ein axialer Vertikalschnitt. For the second embodiment, Fig. 4 is an axial horizontal section and Fig. 5 is an axial vertical section.

In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 bis 3 ist 1 ein fest angeordnetes Gitter aus lotrechten Linien, das als Eintrittsoffnung für das Licht einer in der Zeichnung weggelassenen Beleuchtungseinrichtung dient. In the embodiment according to Fig. 1 to 3, 1 is a fixed one Grid of vertical lines, which acts as an entrance opening for the light in the Drawing omitted lighting device is used.

Dem Gitteri benachbart ist eine Blende2 angeordnet, die mit einer rechteckigen Öffnung 3 versehen und in ihrer Ebene zwischen zwei Stellungen horizontal verschiebiich ist. Abb. 1 und 2 zeigen die Gitterblende 2 in zwei verschiedenen Stellungen, in deren einer (Abb. 1) sie nur Licht von der rechten und deren anderer (Abb. 2) sie nur Licht von der linken Gitterhälfte durchläßt. Das Gitter 1 liegt in der Brennebene eines Kollimatorobjektivs 4, dessen optische Achse mit =X-X bezeichnet ist. Zwischen diesem Objektiv 4 und einer Linse 5 sind die vom Gitter 1 kommenden Lichtstrahlen einander parallel. In diesem parallelen Strahlengang liegt eine Doppelzelle, von deren beiden Zellen 6 und 7 die linke, 6, zur Füllung mit einem zu untersuchenden, geschichteten Medium und die rechte, 7, zur Füllung mit einer Vergleichssubstanz bestimmt ist. Unmittelbar hinter dem Kollimatorobjektiv 4 ist eine Blende 8 angeordnet, die mit zwei lotrechten Schlitzen 9 und 10 versehen und in ihrer Ebene zwischen zwei Stellungen horizontal verschieblich ist.A screen 2 is arranged adjacent to the grid, which is provided with a rectangular opening 3 provided and horizontal in its plane between two positions is shiftable. Fig. 1 and 2 show the grille 2 in two different ways Positions in one of which (Fig. 1) they only light from the right and the other (Fig. 2) it only lets light through from the left half of the grille. The grid 1 lies in the focal plane of a collimator lens 4, the optical axis of which is denoted by = X-X is. Between this objective 4 and a lens 5 are those coming from the grid 1 Rays of light parallel to each other. In this parallel beam path there is a double cell, of its two cells 6 and 7 the left one, 6, for filling with one to be examined, layered medium and the right, 7, for filling with a reference substance is determined. Immediately behind the collimator lens 4 is a diaphragm 8, which are provided with two vertical slots 9 and 10 and in their plane between can be moved horizontally in two positions.

Abb. 1 zeigt die Schlitzblende 8 in einer dieser beiden Stellungen, in der von den beiden achsenparallelen Lichtstrahlen, die durch die Schlitze 9 und 10 in gleicher Höhe hindurchgetreten sind, der eine die Zelle 6 für das Medium und der andere die Zelle 7 für die Vergleichssubstanz durchsetzt, während in der anderen Stellung der Schlitzblende 8 (Abb. 2) jene beiden Lichtstrahlen nur die Zelle 6 für das Medium durchsetzen. Hinter der Linse 5 ist eine Linse 11 angeordnet, die die auftreffenden Lichtstrahlen einer Zylinderlinse 12 zuführt, hinter der eine Afattscheibe 13 liegt.Fig. 1 shows the slit diaphragm 8 in one of these two positions, in the of the two axially parallel light rays passing through the slots 9 and 10 have passed through at the same height, the one the cell 6 for the medium and the other passes through cell 7 for the reference substance, while in the other Position of the slit diaphragm 8 (Fig. 2) those two light beams only the cell 6 enforce for the medium. Behind the lens 5, a lens 11 is arranged which the incident light rays to a cylindrical lens 12, behind which one Afatt disc 13 is located.

Zwischen der Zelle 6 und der Schlitzblende 8 ist eine planparallele Glasplatte 14 von solcher Lage angeordnet. daß sie in der Stellung der Schlitzblende 8 gemäß Abb. 1 außerhalb des Strahlengangs liegt während sie in der Stellung der Schlitzblende8 gemäß Abb. 2 einem durch den Schlitz 9 hindurchgetretenen achsenparallelen Lichtstrahl eine Parallelversetzung einerseits in Höhe (s. Abb. 3) und andererseits in Seite (s. Abb. 2) erteilt, so daß dieser Lichtstrahl dicht neben demjenigen achsenparallelen Lichtstrahl zu liegen kommt, der beim Durditritt durch den Schlitz 10 mit ihm in gleicher Höhe liegt und mit dem er auf der I\Iattscheibe 13 ein Interferenzbild erzeugt. das die Kurve für den Verlauf des Brechungsindexgradienten in dem Medium erkennen läßt. Zwischen der Doppelzelle 6, 7 und der Linse 5 ist eine zweite planparallele Glasplatte 15 von solcher Dicke und Lage angeordnet, daß in der Stellung der Schlitz blende 8 gemäß Abb. 2 jener durch den Schlitz 10 hindurchgetretene Lichtstrahl eine Parallelversetzungerfährt, durch die er zu jenem durch den Schlitz 9 hindurchgetretenen Lichtstrahl wieder in die gleiche relative Lage gelangt, die die beiden Strahlen beim Durchtritt durch die Schlitze 9 und 10 hatten. Between the cell 6 and the slit diaphragm 8 is a plane-parallel one Glass plate 14 arranged from such a position. that they are in the position of the slit diaphragm 8 according to Fig. 1 outside the beam path while it is in the position of Slit diaphragm 8 according to FIG. 2, an axis-parallel that has passed through the slit 9 Light beam a parallel dislocation on the one hand in height (see Fig. 3) and on the other hand in page (see Fig. 2), so that this light beam is close to the one axially parallel Light beam comes to rest, which when Durditritt through the slot 10 with him in is the same height and with which he creates an interference image on the I \ Iattscheibe 13 generated. that is the curve for the course of the refractive index gradient in the medium reveals. Between the double cell 6, 7 and the lens 5 is a second plane-parallel Glass plate 15 of such thickness and position arranged that in the position of the slot Aperture 8 according to Fig. 2 of that light beam which has passed through the slot 10 Parallels are experienced through which it has passed to that which has passed through the slot 9 Light beam arrives again in the same relative position as the two beams had when passing through the slots 9 and 10.

In der Stellung der Schlitzblende 8 gemäß Abb. 1 werden diese beiden Lichtstrahlen durch die Glasplatte 15 um gleiche Beträge parallel versetzt. Sie behalten also die gegenseitige Lage bei, die sie beim Durchtritt durch die Schlitze 9 und 10 hatten und erzeugen auf der Mattscheibe 13 ein Interferenzbild, das die Kurve für den Verlauf des Brechungsindex in dem Medium erkennen läßt. In the position of the slit diaphragm 8 according to Fig. 1, these two Light rays through the glass plate 15 offset in parallel by equal amounts. she so keep the mutual position that they had when passing through the slots 9 and 10 had and generate an interference image on the focusing screen 13, which the Curve for the course of the refractive index in the medium can be seen.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 und 5 unterscheidet sich von dem nach Abb. 1 bis 3 dadurch, daß die verschiebbare Gitterblende 2 fortgefallen ist, daß zwischen der planpara.llelen Glasplatte 15 und der Linse 5 ein Biprisma 21 angeordnet ist und daß die verschiebbare Zweischlitzblende 8 durch eine fest angeordnete Blende 16 ersetzt ist, die zwei bezüglich der Achse X-X symmetrisch zueinander liegende Paare von lotrechten Schlitzen 17, 18 und 19, 20 enthält. The embodiment of Fig. 4 and 5 differs from the according to Fig. 1 to 3 in that the sliding grille 2 has been omitted is that between the planpara.llelen glass plate 15 and the lens 5 is a biprism 21 is arranged and that the sliding two-slit diaphragm 8 by a fixed arranged diaphragm 16 is replaced, the two with respect to the axis X-X symmetrical opposing pairs of perpendicular slots 17, 18 and 19, 20 contains.

Von vier durch diese Schlitze in gleicher Höhe hindurchgetretenen achsenparallelen Lichtstrahlen durchsetzen diejenigen drei, die durch die Schlitze 17, 18 und 19 getreten sind, die Zelle 6 für das Medium, während der durch den Schlitz 20 getretene Lichtstrahl die Zelle 7 für die Vergleichssubstanz durchsetzt. Dabei erfährt der durch den Schlitz 17 getretene Lichtstrahl durch die planparallele Glasplatte 14 eine Parallelversetzung in Höhe und in Seite. Die Glasplatte 15 stellt die ursprüngliche relative Lage dieses Lichtstrahles zu dem ihm benachbarten, von dem Schlitz 18 gekommenen Lichtstrahl wieder her und erteilt gleichzeitig den von den Schlitzen 19 und 20 gekommenen Lichtstrahlen eine Parallel versetzung um gleiche Beträge. Passed by four through these slots at the same height axially parallel rays of light penetrate those three that pass through the slits 17, 18 and 19 have entered the cell 6 for the medium while passing through the slot 20 penetrated light beam the cell 7 for the reference substance. Included experiences the light beam that has passed through the slot 17 through the plane-parallel glass plate 14 a parallel offset in height and in side. The glass plate 15 represents the original relative position of this light beam to the one adjacent to it that came from the slot 18 The light beam is restored and at the same time emitted from the slots 19 and 20 The rays of light that have come are offset in parallel by the same amount.

Von dem Biprisma 21 lenkt die linke Hälfte die durch das Schlitzpaar 17, 18 getretenen Lichtstrahlen. die ein Interferenzbild erzeugen, das die Kurve für den Verlauf des Brechungsindexgradienten in dem Medium darstellt, nach rechts ab, während die rechte Hälfte die durch das Schlitzpaar 19, 20 getretenen Lichtstrahlen, die ein Interlerenzhild erzeugen, das die Kurve für den Verlauf des Brechungsindex in dem Medium darstellt, nach links ablenkt. The left half of the biprism 21 directs the through the pair of slits 17, 18 entered light rays. which create an interference pattern that the curve for the course of the refractive index gradient in the medium, to the right while the right half shows the light rays that have passed through the pair of slits 19, 20, which generate an Interlenzhild, which is the curve for the course of the refractive index in the medium, deflects to the left.

Claims

PATENT LANGUAGE: 1. Optical device for displaying the curves for the course of the refractive index or the refractive index gradient in a layered Medium, with a grating lying in the focal plane of a collimator lens vertical lines as the light entry opening, one behind the collimator lens arranged, two vertical slots containing aperture, two adjacent Cells for the medium to be examined and a homogeneous reference substance and additional optical elements for generating an interference pattern for the purpose of displaying the curve for the course of the refractive index gradient in the Medium by means of two parallel axes that penetrate the aperture slits at the same height Rays of light that both cover the cell for the medium by the action of one between this cell and the diaphragm arranged system of plane-parallel glass plates in height go through offset against each other and after leaving the cell by action a corresponding glass plate system brought back to each other at the same height are, characterized in that the diaphragm (8) is horizontally displaceable in its plane is so that it is out of the position i.n of its two slots (9 and 10) only the Illuminate cell (6) for the medium, can be brought into a second position in which each cell (6 and 7) receives light through one of the two slits, those two Glass plate systems (14 and 15) are arranged so that they are in that second position the diaphragm (8) the mutual height of two the diaphragm slots (9 and 10) leaves unaffected at the same level of penetrating light rays, ulm the origin to enable a second interference pattern that the curve for the course of the Can recognize refractive index in the medium.

2. Optical device according to claim 1, characterized in that that the grid (1) is assigned a diaphragm (2), either alone or together with the grid in the same direction as the slit diaphragm (8) slidable so is arranged that successively different parts of the image field can be illuminated are, whereby it can be made possible that in photographic recording took the two Interference images one image can be recorded shortly after the other on one and the same plate is.

3. Optical device according to claim 1, characterized in that that instead of a sliding two-slit diaphragm, a fixed diaphragm (16) is provided, the two pairs of perpendicular slots 17, 18 and 19, 20 with contains the same slot spacing, one of which (19, 20) has two light beams supplies, which generate the interference pattern to represent the refractive index curve and put one of the two cells (6 and 7) at the same height, while the other pair (17, 18) provides two light beams that the interference image for display the Brechullgsi.ndexgradientenkurve and only the cell (6) for the medium enforce, namely in. Different heights, and further characterized by behind the cells arranged optical members (15, 21), the at least by the one The rays of light transmitted by slits affect both of them Interference images generated at the same time lie next to one another.

4. Optical device according to claim 1 or 3, characterized in that that each of the two glass plate systems (14, 15), for the purpose of generating the interference pattern to display the refractive index gradient curve, two light beams against each other offset in height, consists of a single sheet of glass, which is only on one of the both rays of light acts and for the purpose of the medium a cell of less Width to enable this light beam to be offset to the side.