SU1081483A1

SU1081483A1 - Device for registering changes in refraction index

Info

Publication number: SU1081483A1
Application number: SU833535526A
Authority: SU
Inventors: Александр Сергеевич Немченок; Александр Константинович Полонин; Игорь Викторович Шатохин
Priority date: 1983-01-11
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1984-03-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее источник когерентного излучени ) расположенные последовательно по ходу излучени полупрозрачное зеркало, первое поворотное зеркало, первый расширитель пучка и регистратор и расположенные по |ходу отраженного от полупрозрачного зеркала пучка второе поворотное зеркало, второй раониритель и рассеиватель , о т л и ч а ю щ е е с тем, что, с целью повышени точности измерений, в него дополнительно введены второе и третье полупрозрачные зеркала, оптическа система, Д1 афрагма и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено с возможностью поворота между первым полупрозрачным зеркалом и г|ррвым поворотным зеркалом, третье полупрозрачное зеркало установлено с возможностью поворота между первым полупрозрачным зеркалом и вторым поворотным зеркалом, оптическа система расположена так, что ее фокальна плоскость проходит через точку пересечени отраженных от второго и третьего-полупрозрачных зеркал пучков , а диафрагма и фотоприемник рас-. S положены последовательно, за оптиче ской системой. 00 ийи 00 00A DEVICE FOR REGISTRATION OF CHANGES OF THE REFRACTIVE INDICATOR containing a coherent radiation source) a translucent mirror arranged in series along the radiation path, a first pivoting mirror, a first beam expander and a recorder and a second pivoting mirror reflected from a translucent mirror, a second pivoting mirror, a second enlarger and a diffuser, o l and h ya so that, in order to increase the accuracy of measurements, the second and the third translucent mirrors, optical systems are additionally introduced into it D1 afragma and photodetector, the second semi-transparent mirror is installed rotatably between the first semi-transparent mirror and the rr rotary mirror, the third semi-transparent mirror is mounted rotatably between the first semi-transparent mirror and the second rotating mirror, the optical system is positioned so that its focal plane passes through the intersection point of the beams reflected from the second and third-semitransparent mirrors, and the diaphragm and photodetector expand. S are laid in series, behind the optical system. 00 yi 00 00

Description

Изобретение относитс к области контрол и измерени показател преломлени оптически прозрачных объектов и может быть использовано при исследовании аэродинамических потоков , при диагностике плазмы, при не следовании тепловых потоков и други исследовани х, требующих контрол и измерени изменений показател прломлени .The invention relates to the field of monitoring and measuring the refractive index of optically transparent objects and can be used in the study of aerodynamic flows, in plasma diagnostics, in the non-follow-up of heat fluxes and other studies that require monitoring and measuring changes in the coefficient of friction.

Известно интерференционное устройство голографической регистрации фазовых неоднородностей оптически прозрачных объектов, содержащее оптическую схему делени светового потока по волновому фронту, причем в опорный пучок введены линза и отклон юща призма, с помощью которых опорный пучок фокусируетс в некоторую область исследуемого объема, прнимаемую за начало отсчета интерференционных полос Cl J-.An interferential device for holographic recording of phase inhomogeneities of optically transparent objects is known, which contains an optical scheme for dividing the light flux along the wave front, with a lens and a deflecting prism inserted into the reference beam, with the help of which the reference beam is focused into a certain area of the investigated volume, taken as the origin of the interference fringes Cl j-.

Недостатком устройства вл етс .невозможность измерени значений показател преломлени в локальных точках исследуемого объекта, хот устройство позвол ет производить измерени относительного показател Jпреломлени дл различных областей исследуемого объекта.The drawback of the device is the inability to measure the values of the refractive index at the local points of the object under study, although the device makes it possible to measure relative refractive index J for different areas of the object under study.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс уст ройство дл регистрации изменени показател преломлени , содержащее источник когерентного излучени , расположенные последовательно по ходу излучений полупрозрачное зеркало первое поворотное зеркало, первый расширитель пучка и регистратор и расположенные по ходу отраженного о полупрозрачного зеркала пучка второе поворотное зеркало, второй расширитель и рассеиватель С23Недостатком данного устройства вл етс низка точность измерени изменени показател преломлени в исследуемом объекте.The closest to the technical essence of the invention is a device for registering a change in the refractive index, containing a source of coherent radiation, arranged in series along the course of radiation of a translucent mirror, the first rotary mirror, the first beam expander and the recorder and the second rotary mirror along the reflected mirror of the translucent mirror The second expander and diffuser C23 The disadvantage of this device is the low measurement accuracy of the change in the index as set forth in the test object.

Целью изобретени вл етс повы шение точности измерений изменений показател преломлени .The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements of changes in the refractive index.

Указанна цель достигаетс тем, что устройство, содержащее источник когерентного излучени , расположенные последовательно по ходу излучени полупрозрачное зеркало, первое поворотное зеркало, первый расширитель пучка и регистратор и расположенные по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала пучка второе поворотное зеркало, второй расширитель и рассеиватель, дополнительно введены второе и третье полупрозрачные зеркала, оптическа система, диафрагма и фотоприег ник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено с возможностью поворота между первым полупрозрачным зеркалом и первым поворотным зеркалом, третье полупрозрачное зеркало установлено с воэможностью поворота между первым полупрозрачным зеркалом и вторым повороным зеркалом, оптическа система раположена , так, что ее фокальна плоскость проходит через точку пересечени отраженных от второго и третьег полупрозрачных зеркал пучков, а ди . афрагма и фотоприемник расположены последовательно за оптической системой .This goal is achieved by the fact that a device containing a coherent radiation source, a semitransparent mirror arranged in series along the radiation path, a first pivoting mirror, a first beam expander and a recorder and along the second pivoting mirror reflected from the translucent mirror of the beam, a second expander and a scatterer are additionally entered the second and third translucent mirrors, the optical system, the aperture and the photodetector, and the second translucent mirror is installed with the possibility The rotation between the first translucent mirror and the first rotary mirror, the third translucent mirror is installed with the rotation between the first translucent mirror and the second turn mirror, the optical system is positioned so that its focal plane passes through the intersection point of the beam reflected from the second and third translucent mirrors, and di Afragma and photodetector are located sequentially behind the optical system.

Устройство позвол ет производить одновременную регистрацию изменений показател преломлени как во всем исследуемом объекте, так и в задан.ной локальной точке, котора йспользуетс как характерна точка при определении изменений показател прломлени в исследуемом объекте.The device allows simultaneous registration of changes in the refractive index both in the entire object under study and at a given local point, which is used as a characteristic point in determining changes in the refractive index in the object under study.

На чертеже приведена схема устройства дл регистрации изменений показател преломлени оптически прозрачных объектов.The drawing shows a diagram of the device for registering changes in the refractive index of optically transparent objects.

Устройство содержит источник 1 когевентного, излучени , первое 1 и второе 3 полупрозрачное зёркаЛЙ, первое поворотное зеркало 4, первый расширитель 5 излучени от полупрозрачного зеркала 2 пучка излучений, третье полупрозрачное зеркало б, второе поворотное зеркало 7, второй расширитель 8 излучени , рассеиватель 9, регистратор 10, оптическую систему 11, диафрагму 12 и фотоприемник 13.The device contains a source of coherence, radiation, the first 1 and second 3 translucent mirror, the first rotary mirror 4, the first expander 5 of the radiation from the translucent mirror 2 of the radiation beam, the third translucent mirror b, the second rotary mirror 7, the second expander 8 of the radiation, the diffuser 9, the recorder 10, the optical system 11, the aperture 12 and the photodetector 13.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Пучок излучени от источника 1 попадает на первое полупрозрачное .зеркало 2, которое делит его на два пучка г- опорный и объектный,. Опорный пучок проходит сквозь второе полупрозрачное зеркало 3, переотражаетс от первого поворотного зеркала 4, расшир етс первым расширителем 5 излучейи и попадает на регистратор 10. Объектный пучок .проходит сквозь третье полупрозрачное зеркало б переоражаетс от второго поворотного зеркала 7, расшир етс вторым расширителем 8 излучени , проходит рассеиваквдий элемент 9, исследуемый объект и попадает на регистратор 10. В |Плоскости регистратора 10 об.ъектный и опорный пучки излучени интерферируют , образу интерференционную картину, котора и регистрируетс регистратором 10. При этом имеетс однозначное соответствие между точками исследуемого объекта, помещенного на пути объектного пучка излучени , и точками интерференционного пол . При изменении показател преломлени в исследуемом объекте на фоне зарегистрированной на регистраторе интерференционной картины наблюдаетс смещение интерференционных полос на величину а, равнуюThe radiation beam from the source 1 falls on the first translucent mirror 2, which divides it into two beams: the reference and the object beams. The reference beam passes through the second translucent mirror 3, re-reflects from the first rotating mirror 4, expands with the first expander 5, and hits the recorder 10. The object beam passes through the third semi-transparent mirror overblows from the second rotating mirror 7, expands with the second radiation expander 8 , the element 9 undergoes scattering, and the object under study and enters the recorder 10. In the | Plane of the recorder 10, the object and reference radiation beams interfere to form an interference pattern Which registers and recorder 10. In this case there is one correspondence between the points of an object, the object placed in the path of radiation beam and the points of the interference field. When the refractive index changes in the object under study, against the background of the interference pattern recorded on the recorder, the interference fringes are observed by an amount equal to

Й1 Ь (1 - n){/ ,H1 b (1 - n) {/,

(1)(one)

Л где g- смещение интерференционной полосы; L - геометрическа длина пути пучка излучени через исследуемый объект; Д - длина волны пучка излучени ; , п - показатель преломлени исследуемого объекта (f - рассто ние между максимумом интерференционных полос . Дл определени количественного значени изменений показател преломлени измер ют положение некоторой характерной точки в системе интерференционных полос. Дл этого два зондирующих пучка, образованных вторым- и третьим полупрозрачными зеркалами 3 и б, направл ютс в определенную точку исследуемого объекта . Этой точкой может быть локаль на неоднородность в исследуемом объекте. При .пересечении два зондирующих пучка интерферируют, при этом интер ференционна картина вбзникает за счет разности оптических путей двух зондирующих пучков излучени , преше ших через исследуемый объект. Приче если на пути одного из этих пучков оказываетс оптическа неоднородность , то смещени полос интерфере ционной картины обусловлены отличи показател преломлени оптической неоднородности от показател прело лени исследуемого объекта. Оптическа система 11, сфокусированна в точку пересечени , двух зондирующих пучков излучени , выде л ет интерференционную картину, об зовавшуюс в точке пересечени пуч ков. Выделенна интерференционна картина с помощью этой же системы проецируетс на фотоприемник 13.. Причем перед фотоприемником устано лена диафрагма 12, с помощью квТОрой из интерференционной картины вырезаетс часть интерференционной полосы, интенсивность которой и преобразуетс фотоприемником 13 в электрический сигнал. Диаметр отверсти диафрагмы 12 и его расположение в поле интерференционной полосы выбираетс исход из услови наиболее точной регистрации смещени интерференционной полосы относительно диафрагмы 12. При, изменении показател преломлени в о.птической неоднородности происходит смеб{ение интерференционной полоса относительно отверсти диафрагмы 12 и соответственно изменение интенсивности излучени , поступающего на фотоприемник 13. С в зав количественное значение изменение показател , преломлени в точке пересечени зондирующих пучков излучени с системой интерференционных полос котора имеетс на регистраторе 10, получаем не только качественную картину распределени изменений показател преломлени в исследуемом объекте, но и точное количественное значение этого распределени . При этом возможность вращени второго и третьего полупрозрачных зеркал 3 и б позвол ет измер ть относительные изменени зател преломлени в любой точке исследуемого объекта, что очень существенно при различных исследовани х . аэродинамических потоков, плазмы , неоднородных прозрачных сред. Предлагаемое устройство позвол ет повысить точность изменени показател преломлени в исследуемом объекте за счет использовани фотоэлектронной регистрации изменений показател преломлени в определенной локальной точке, котора используетс в качестве точки отсчета при определении изменений показател преломлени во всем исследуемом объекте RO интерферограг1е(1е этого объекта.L where g is the offset of the interference band; L is the geometric length of the path of the radiation beam through the object under study; D is the radiation beam wavelength; , n is the refractive index of the object under study (f is the distance between the maximum of the interference fringes. To determine the quantitative value of the changes in the refractive index, the position of a certain characteristic point in the system of interference fringes is measured. For this, two probe beams formed by the second and third semitransparent mirrors 3 and b, are directed to a specific point of the object under investigation. This point may be a locale for inhomogeneity in the object under study. At the intersection of two interfering probe beams In this case, the interference pattern is due to the difference in the optical paths of the two probing radiation beams that pass through the object under study. If an optical inhomogeneity is in the path of one of these beams, then the displacements of the interference pattern are due to the difference in the optical inhomogeneity index from the indicator of the object under study. Optical system 11, which is focused at the intersection point of two probe radiation beams, highlights the interference pattern, calling shush at the intersection of the bundles. The selected interference pattern is projected onto the photodetector 13 using the same system. Moreover, a diaphragm 12 is installed in front of the photodetector, and a portion of the interference band is cut from the interference pattern using the photoreceiver 13 into an electrical signal. The diameter of the aperture of the diaphragm 12 and its location in the field of the interference band is selected on the basis of the most accurate detection of the offset of the interference band relative to the diaphragm 12. When the refractive index changes in optical density, the interference band is measured relative to the aperture of the diaphragm 12 and, accordingly, the intensity of the radiation changes arriving at the photodetector 13. With in the head of the quantitative value of the change in the index, the refraction at the point of intersection of probe probes The radiation patterns with the system of interference fringes, which is located on the recorder 10, provide not only a qualitative picture of the distribution of changes in the refractive index in the object under study, but also an exact quantitative value of this distribution. At the same time, the possibility of rotation of the second and third semitransparent mirrors 3 and b makes it possible to measure relative changes in the refractive index at any point of the object under study, which is very important in various studies. aerodynamic flows, plasma, inhomogeneous transparent media. The proposed device makes it possible to increase the accuracy of the change in the refractive index in the object under study by using photoelectronic registration of the changes in the refractive index at a specific local point, which is used as a reference point in determining the changes in the refractive index in the entire RO object under study (this object).

Claims

DEVICE FOR REGISTRATION OF REFRACTION INDICATOR INDICATOR, containing a source of coherent radiation) arranged sequentially along the radiation semitransparent mirror, the first rotary mirror, the first beam expander and the registrar and located along the (reflected from the beam translucent mirror second rotary mirror, the second expander and diffuser, different expander and diffuser that, in order to improve the accuracy of measurements, the second and third translucent mirrors, an optical system, an aperture and a photodetector, the second translucent mirror mounted rotatably between the first translucent mirror and the first rotary mirror, the third translucent mirror mounted rotatably between the first translucent mirror and the second rotary mirror, the optical system is located so that its focal plane passes through the point of intersection reflected from the second and third translucent mirrors of the beams, and the diaphragm and photodetector are dec. laid sequentially behind the optical system.

SU 108