SU1179170A1 - Polarization refractometer of violated complete internal reflection - Google Patents

Polarization refractometer of violated complete internal reflection Download PDF

Info

Publication number
SU1179170A1
SU1179170A1 SU843717866A SU3717866A SU1179170A1 SU 1179170 A1 SU1179170 A1 SU 1179170A1 SU 843717866 A SU843717866 A SU 843717866A SU 3717866 A SU3717866 A SU 3717866A SU 1179170 A1 SU1179170 A1 SU 1179170A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
light beam
polarization
light
filter
mirror
Prior art date
Application number
SU843717866A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Пеньковский
Original Assignee
Предприятие П/Я А-3771
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я А-3771 filed Critical Предприятие П/Я А-3771
Priority to SU843717866A priority Critical patent/SU1179170A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1179170A1 publication Critical patent/SU1179170A1/en

Links

Abstract

ПОЛЯРИЗАЦИОННЬП РЕФРАКТОМЕТР НАРУШЕННОГО ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ (НПВО), содержащий источник света и последовательно расположенные по ходу пучка света формирователь коллимированного монохроматического пучка света, включающий конденсор, разделитель пучков света и светофильтр, пол ризационный фильтр, модул торы разности фаз и азимута преимущественной пол ризации, элемент НПВО и зеркала, закрепленное на одном из плеч параллелограмма, механически св занного с лимбом углоизмерительного устройства, а также оптически св занный с разделителем пучков света фотоприемник, выход которого электрически соединен через усилитель с входом двигател , механически св занного с параллелограммом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в устройство введены объектив с фокусным рассто нием f , установленный между разделителем пучков света и светофильтром, а также ограничивающа  диафрагма диаметром D , равным диаметру рабочего пучка света , разделитель пучков света выполнен в виде непрозрачного зеркала с отверстием диаметром d в зеркаль ном слое и установлен в фокальной (Л плоскости объектива,-а пол ризационный фильтр вьшолнен в виде дво копреломл ющей призмы с углом раздвоени  взаимно ортогональных пол ризационных пучков 90 arctg и закреплен неподвижно таким образом , что плоскости пол ризации пада ющих пучков составл ют углы - 45 ° с плоскостью падени , причем ограничивающа  диафрагма установлена между дво копр(еломл ющей призмой и модул тором разности фаз на рассто нии f от зеркала, удовлетвор ющем условию POLYARIZATSIONNP REFRACTOMETER frustrated total internal reflection (FTIR) containing a light source and sequentially arranged along the light beam shaper collimated monochromatic light beam, comprising a condenser, separator light beams and the optical filter, polarization filter, modulation phase difference tori and azimuth preferential polarization element An ATR and mirrors mounted on one of the parallelogram arms, mechanically connected with the limb of the angle-measuring device, as well as optically connected A photodetector connected to the light beam splitter, the output of which is electrically connected through an amplifier to a motor input mechanically connected to a parallelogram, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, a focal length lens f is inserted into the device, mounted between the light beam splitter and a light filter, as well as a restricting diaphragm with a diameter D equal to the diameter of the working light beam, the light beam separator is made in the form of an opaque mirror with an aperture diameter d in the mirror layer e and installed in the focal (L plane of the lens, -a polarization filter is implemented as a duplicating prism with a bifurcation angle of mutually orthogonal polarization beams 90 arctg and fixed so that the polarization planes of the incident beams are angles - 45 & with the plane of incidence, the limiting diaphragm being installed between the two copier (the wedging prism and the modulator of the phase difference at a distance f from the mirror that satisfies the condition

Description

Изобретение относитс  к оптикомеханическим приборам и предназначено дл  измерений методом нарушенно го полного внутреннего отражени  (НПВО) вещественной части комплексного показател  преломлени  г исследуемых сред, например жидкостей (дл  большинства которых показатель поглощени  зРг находитс  в пределах 2 г 0,02) относительно известной среды, например стекла. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измеренийпоказател  преломлени  прозрачных и поглощающих сред. В предлагаемом устройстве применение неподвижной двулучевой преломл ю щей призмы с углом раздвоени  В , arctg -3- в сочетании с- разделителем света в виде диафрагмы диаметром d, установленной в фокусе f объектива и в сочетании с диафрагмой диаметром J) , равным диаметру рабочего пучка, котора  установлена со стороны элемента НПВО на рассто нии I / D(2tge) от отражающего зеркала, позвол ет решить важную задачу: дл  падающего на элемент НПВО пучка света призма Волластона  вл етс  линейным пол ризатором с азимутом плоскости пол ризации , например +45 к плоскости пад ни , в то же врем  дл  отраженного дважды от элемента НПВО пучка света эта же призма  вл етс  линейным анализатором с азимутом плоскости пропускани  взаимно ортогональным по отношению к падающему пучку, т.е. -45° Это позвол ет использовать дву-; кратное отражение дл  НПВО (автоколлимационный вариант схемы), что приводит к повышению чувствительности и точности измерений показател  преломлени  сред методом НПВО, а также благодар  смещению в пространстве взаимно ортогональных по плоскости пол ризации пучков света применить зеркальное разделение пучков света практически без потерь световой энергии , что приводит к повышению чувствительности и точности измерений. На чертеже изображена принципиальна  схема предлагаемого пол ризационного рефрактометра НПВО. Устройство содержит источник света 1, формирователь коллимированного монохроматического пучка света, состо щего из конденсатора 2, диафрагмы 3, наход щейс  в фокусе объектива 4 с ф 1 702 усным рассто нием f , и светоильтра 5, пол ризационную дво копреломл ющую призму Волластона 6, магнитооптический модул тор 7, элемент НПВО, например, в виде стекл нной призмы 8 с углами рабочих боковых граней (Г соприкасающейс  с исследуемой средой 9, за которым закреплено , например, с помощью параллелограмма 10 с микрометренным винтом 11 зеркало 12. Диафрагма 3 одновременно служит разделителем прошедших и отраженных пучков и выполнена, например в виде стекл нного кубика, склеенного из двух призм, на диагональную плоскость одной из которых нанесено непрозрачное зеркальное покрытие с отверстием в центре диаметром d . Модул тор 7 возбуждаетс  переменным током частоты «- , например от сети. Пол ризационна  призма Волластона 6 имеет угол раздвоени  пучков В arctg и закреплена неподвижно так, что плоскости пол ризации падающих пучков имеют углы ± 45° с плоскостью падени , а один из раздвоенных пучков  вл етс  рабочим пучком . За дво копреломл ющей призмой 6 находитс  ограничивающа  диафрагма 13, отверстие которой равно диаметру D рабочего пучка света, и она установлена на таком рассто нии L от зеркала, что выполн етс , условие 1 5 D(2tgB). За диафрагмой 13 установлен неподвижно модул тор 14 разности фаз, например электрооптический , наведенные оси которого совпадают соответственно с плоскостью раздела сред и плоскостью падени . Модул тор 14 возбуждаетс  переменным электрическим полем той же частоты сО , что и магнитооптический модул тор 7. Амплитуда и фаза возбуждени  модул тора 14 выбраны так, что в любой момент времени относительное приращение разности фаз между р- и 5-компонентами падающего пучка света равно удвоенному относительному приращению азимута линейной пол ризации этого же пучка, но с обратным знаком. Одно из плеч параллелограмма 10 св зано с лимбом 15 углоизмерительного устройства, которое содержит пентапризму 16, объектив 17, сетку .18 и окул р 19. Со стороны наклонной зеркальной поверхности диафрагмы 3 пучков установлен фотоприемник 20, который через избирательный усилитель 3 21 электрически св зан с реверсивны двигателем 22. Двигатель 22 через редуктор 23 механически св зан с ми крометренным винтом параллелограмма 10. Пол ризационньй рефрактометр НПВ работает следзпощим образом. Сформированный элементами 1-5 коллимированный монохроматический пу чок света падает на призму Волластона 6 и под углом J3 раздваиваетс  на два пучка с взаимно ортогональной ориентацией плоскостей пол ризации, которые в свою очередь составл ют углы - 45 с плоскостью падени . Один из раздвоенных пучков проходит диафрагму 13, модул тор 14, модул тор 7, отражаетс  от границы раздела известной среды призмы 8 с исследуемой средой 9, зеркалом 12 пучок возвращаетс  обратно, повторно отражаетс  от границы раздела сред 8-9, снова проходит модул торы 7 и 14, призму Волластона 6. Другой раздвоен «ьш пучок задерживаетс  диафрагмой 13 и в работе не участвует. Если исследуемое вещество 9 прозрачное ( Д- света с рабочей длиной волны Д , а угол падени  оС равен критическому углус(р , при котором после отражени  не происходит измене ний состо ни  пол ризации линейно пол ризованного света, то объективом 4 свет фокусируетс  в плоскости отверсти  диафрагмы-разделител  3 и возвращаетс  в сторону источника « света 1. Если среда 9  вл етс  погло щающей (ЗС2 /0) или угол падени  с 5 о крПри любых значени х Зв , то возвращаемый на призму 6 свет по состо нию пол ризации отличаетс  от исходного рабочего пучка и призмой 6 снова раздел етс  на две компоненты . Одна из компонент по-прежнему проходит диафрагму 3, а друга  объективом 4 фокусируетс  на зеркальном слое диафрагмы 3 в стороне от его от версти  и, отража сь от него, направ л етс  на фотоприемник 20. Фотоприем ник .20 воспринимает свет интенсивности J , измен ющейс  по закону j.2o.(.o 2VaC05&-2f -(2 w2 4 o-5 n2$-cos 2ro )-siria)t|j где - интенсивность непол ризованного света, падающего на призму Болластона 6, R - энергетический коэффициент 704 отражени  оптической систе- . мы; f),S относительные изменени  азимута восстановленной линейной пол ризации и разности фаз между р- и 1 -компонентами пол ризованного света после отражени , /(и) - амплитуда и частота модул ции состо ни  пол ризации модул торами 7 и 14. Если угол падени  света оС меньше псевдокритического оС,р arcsif | in2- x, где п и as - относительные показатели преломлени  и поглощени , то в результате эффекта преобладани  двойного относительного измерени  азимута восстановленной линейной пол ризации 24, над относительным изменением разности фаз S при двукратном отражении от границы раздела сред 8-9 переменна  составл юща  частоты л; сигнала фотоприемника 20 по фазе будет такой, как фаза возбуждени  модул тора 7. А если о то в результате преобладани  относительного изменени  разности фаз § над азимутом 2 переменна  составл юща  сигнала фотоприемника 20 по фазе будет такой же как фаза возбуждени  модул тора 14, т.е. отличатьс  на TI рад по сравнению с рассмотренными случа ми. Переменна  составл юща  сигнала фотоприемника 20 усиливаетс  избирательным усилителем 21 и подаетс  на обмотку управлени  двигател  22, который через редуктор 23 вращает микрометренный винт 11 и тем самым измен ет угол падени  о в направлении , соответствующем углу . При о( , когда 2 S- 0,17, в спектре сигнала фотоприемника 20 исчезает перва  гармоника частоты « и двигатель 22 останавливаетс . Зна-чение « поворота призмы 8 с жидкостью 9 определ ют с помощью лимба 15, изображение которого объективом 17 переноситс  в плоскость сетки 18 и наблюдаетс  с помощью окул ра 19. Истинное значение псевдокритического угла падени  с/«р определ ют) по формуле - 2: ,р г-si.(ei:) . Значение измеренной вещественной асти 2 комплексного показател  преомлени  П2 - п -7 2определ ют по ормуле П, - п,The invention relates to optomechanical instruments and is intended to be measured by the method of impaired total internal reflection (ATR) of the real part of the complex refractive index of the studied media, for example liquids (for most of which the absorption coefficient of zRg is within 2 g of 0.02) relative to a known medium, for example glass The aim of the invention is to improve the measurement accuracy of the refractive index of transparent and absorbing media. In the proposed device, the use of a stationary two-beam refractive prism with bifurcation angle B, arctg-3- in combination with a light separator in the form of a diaphragm of diameter d, installed in the focus f of the lens and in combination with the diaphragm J) which is installed on the side of the element of the ATR at the I / D (2tge) distance from the reflecting mirror, allows to solve an important problem: for a light beam incident on the element of the ATR, the Wollaston prism is a linear polarizer with azimuth of the polarization plane, for example +45 to the plane of incidence, at the same time for a light beam reflected twice from an element of an ATR, the same prism is a linear analyzer with the azimuth of the transmission plane mutually orthogonal with respect to the incident beam, i.e. -45 ° This allows the use of a b-; multiple reflection for the ATR (autocollimation version of the scheme), which leads to an increase in the sensitivity and accuracy of measurements of the refractive index of the media by the ATR method, as well as due to the displacement of light beams mutually orthogonal in the polarization plane of the light beams, to apply a mirror separation of light beams with almost no loss of light energy, which leads to increased sensitivity and measurement accuracy. The drawing shows a schematic diagram of the proposed polarization refractometer of the ATR. The device contains a light source 1, a shaper of a collimated monochromatic beam of light consisting of a condenser 2, a diaphragm 3, located in the focus of lens 4 with f 1 702 a usable distance f, and a light filter 5, a polarization duplicating prism of Wollaston 6, a magneto-optical the modulator 7, the element of the ATR, for example, in the form of a glass prism 8 with the angles of the working side faces (G in contact with the test medium 9, which is fixed, for example, using a parallelogram 10 with a micrometer screw 11 mirror 12. Diaphragm 3 simultaneously serves as a separator for transmitted and reflected beams and is made, for example, in the form of a glass cube glued together from two prisms, one of which is coated with an opaque mirror coating with a hole in the center of diameter d. The modulator 7 is excited by an alternating current frequency, - for example, from a network. The polarization prism of Wollaston 6 has a bifurcation angle B of arctg and is fixed so that the planes of polarization of the falling beams have angles of ± 45 ° with the plane of incidence, and one of the bifurcated beams It is in the working beam. Behind the double-prism prism 6 there is a limiting aperture 13, the opening of which is equal to the diameter D of the working light beam, and it is set at such a distance L from the mirror that condition 1 5 D (2tgB) is fulfilled. Behind the diaphragm 13, a stationary modulator 14 of phase difference is installed, for example, an electro-optical one, whose induced axes coincide with the plane of separation of the media and the plane of incidence, respectively. The modulator 14 is excited by an alternating electric field of the same frequency SO as the magneto-optical modulator 7. The amplitude and phase of the excitation of the modulator 14 are chosen so that at any time the relative increment of the phase difference between the p- and 5-components of the incident light beam is twice relative increment of the azimuth of the linear polarization of the same beam, but with the opposite sign. One of the shoulders of the parallelogram 10 is connected with the limb 15 of the angle-measuring device, which contains the pentaprism 16, the lens 17, the grid .18 and the eye of the 19. The photodetector 20 is mounted on the inclined mirror surface of the beam diaphragm 3, which is electrically connected through the selective amplifier 3 21 reversible motor 22. Motor 22 is mechanically connected to gearbox 23 via a reducer 23 with a parallel parallelogram screw 10. A polarized LEL refractometer works the same way. The collimated monochromatic beam of light formed by elements 1–5 falls on Wollaston prism 6 and at an angle J3 splits into two beams with a mutually orthogonal orientation of the polarization planes, which in turn form angles of 45 with the plane of incidence. One of the forked beams passes aperture 13, modulator 14, modulator 7, reflects from the interface of the known medium of the prism 8 with the test medium 9, mirror 12 returns the beam, re-reflects from the interface of the media 8-9, again passes the modulators 7 and 14, the Wollaston prism 6. The other forked beam is delayed by the diaphragm 13 and is not involved in the work. If the test substance 9 is transparent (D light with a working wavelength D, and the angle of incidence of ° C is equal to the critical angle (p, at which, after reflection, there is no change in the polarization state of the linearly polarized light, then lens 4 focuses the light in the plane of the hole). diaphragm separator 3 and returning to the source of light 1. If medium 9 is absorbing (ЗС2 / 0) or the angle of incidence from 5 o kr. At any Sv values, then the light returned to prism 6 is polarized differently from the original working beam and the prize Section 6 is again divided into two components. One of the components still passes through the diaphragm 3, while the other lens 4 focuses on the mirror layer of the diaphragm 3 away from it and, reflecting from it, is directed to the photodetector 20. nick .20 perceives light of intensity J, varying according to the law of j.2o. (. o 2VaC05 & -2f - (2 w2 4 o-5 n2 $ -cos 2ro) -siria) t | j where is the intensity of unpolarized light, the Bollaston incident on the prism 6, R is the energy coefficient 704 of the reflection of the optical system. we; f) S relative changes in azimuth of the restored linear polarization and phase difference between the p and 1 components of polarized light after reflection, / (i) the amplitude and frequency of modulation of the polarization state of modulators 7 and 14. If the angle of incidence is light oC is less than pseudo-critical oC, p arcsif | in2- x, where n and as are relative refractive indices and absorptions, as a result of the effect of the predominance of the double relative measurement of the azimuth of the restored linear polarization 24, over the relative change in the phase difference S at double reflection from the interface of the media 8-9 variable variable l; the signal of the photodetector 20 in phase will be the same as the excitation phase of the modulator 7. And if as a result of the prevalence of the relative change in the phase difference g over azimuth 2, the component of the signal of the photoreceiver 20 varies in phase as the excitation phase of the modulator 14, m. e. differ by TI in comparison with the cases considered. The variable signal component of the photodetector 20 is amplified by the selective amplifier 21 and is applied to the motor control winding 22, which through the reducer 23 rotates the micrometer screw 11 and thereby changes the angle of incidence in the direction corresponding to the angle. When o (when 2 S-0.17, the first harmonic of frequency "disappears in the spectrum of the signal of photodetector 20 and the engine 22 stops. The value of" turning the prism 8 with liquid 9 is determined with the help of limb 15, the image of which is transferred by lens 17 to the grid plane 18 and is observed with the help of the ocular 19. The true value of the pseudocritical angle of incidence c / "p is determined) by the formula - 2: p g - si. (ei :). The value of the measured real part 2 of the complex interchange index P2 - n -7 2 is determined by the formula P, - n,

Claims (1)

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ РЕФРАКТОМЕТР НАРУШЕННОГО ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ (НПВО), содержащий источник света и последовательно расположенные по ходу пучка света формирователь коллимированного монохроматического пучка света, включающий конденсор, разделитель пучков света и светофильтр, поляризационный фильтр, модуляторы разности фаз и азимута преимущественной поляризации, элемент НПВО и зеркало, закрепленное на одном из плеч параллелограмма, механически связанного с лимбом углоизмерительного устройства, а также оптически связанный с разделителем пучков света фотоприемник, выход которого электрически соединен через усилитель с входом двигателя, механически связанного с параллелограммом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены объектив с фокусным расстоянием f , установленный между разделителем пучков света и светофильтром, а также ограничивающая диафрагма диаметром D , равным диаметру рабочего пучка света, разделитель пучков света выпол нен в виде непрозрачного зеркала с отверстием диаметром d в зеркаль- § ном слое и установлен· в фокальной плоскости объектива,.а поляризационный фильтр выполнен в виде двоякопреломляющей призмы с углом раз двоения взаимно ортогональных поляризационных пучков 90 > β arctg и закреплен неподвижно таким обра зом, что плоскости поляризации падающих пучков составляют углы S 45 с плоскостью падения, причем ограничивающая диафрагма установлена между двоякопрёломляющей призмой и модулятором разности фаз на расстоянии Г от зеркала, удовлетворяющем условию L>zl>zD(2tg В) 1 , где L - максимально допустимое удаление ограничивающей диафрагмы от зеркала.DISTURBED COMPLETE INTERNAL REFLECTION POLARIZATION REFRACTOMETER (ATR) containing a light source and a collimated monochromatic light beam shaper sequentially located along the light beam, including a condenser, a light beam splitter and a light filter, a polarization filter, a phase difference element and a phase difference modulator and mounted on one of the arms of a parallelogram mechanically connected to the limb of the angle measuring device, as well as optically connected to p a light detector, a photodetector, the output of which is electrically connected through an amplifier to the input of an engine mechanically connected to a parallelogram, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, a lens with a focal length f mounted between the light beam separator and the filter is introduced into the device, and limiting aperture with a diameter D equal to the diameter of the working light beam, the light beam separator is made in the form of an opaque mirror with a hole with a diameter d in the mirror layer and setting n · in the focal plane of the lens, and the polarizing filter is made in the form of a birefringent prism with a split angle of mutually orthogonal polarization beams 90> β arctg and is fixed motionless in such a way that the polarization planes of the incident beams make S 45 angles with the plane of incidence, and the boundary dvoyakoprolomlyayuschey diaphragm mounted between the prism and the phase difference modulator at a distance r from the mirror satisfies the condition L>zl> z D (2tg) 1 where L - maximum removal limiting aperture from zer Ala. SU ,,, 1179170SU ,,, 1179170
SU843717866A 1984-03-29 1984-03-29 Polarization refractometer of violated complete internal reflection SU1179170A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843717866A SU1179170A1 (en) 1984-03-29 1984-03-29 Polarization refractometer of violated complete internal reflection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843717866A SU1179170A1 (en) 1984-03-29 1984-03-29 Polarization refractometer of violated complete internal reflection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1179170A1 true SU1179170A1 (en) 1985-09-15

Family

ID=21110171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843717866A SU1179170A1 (en) 1984-03-29 1984-03-29 Polarization refractometer of violated complete internal reflection

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1179170A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Молочников Б,И,, Морозов В,Н. Методы и аппаратура отражательной пол ризационной рефрактометрии, Обзорна информаци ЦНИИТЭИ приборостроени , Вып, 2ТО-4, М, 1981, с, 35-37. Lluesma ЕЕ., Pela СА and Wilmaus J. A new automatic ellipsometer, - Surface Science, v, 56, 1976, p, 189-195, *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100225923B1 (en) Phase shifting diffraction interferometer
US4492436A (en) Polarization independent beam splitter
US4534649A (en) Surface profile interferometer
GB2120781A (en) Investigation of a surface
US4902888A (en) Optical fiber sensor
US4762414A (en) Static interferometric ellipsometer
US20020000804A1 (en) Magnetic sensor
JPS59171819A (en) Optical fiber hydrophone
US4640615A (en) Liquid refractometer
US4798468A (en) Interference apparatus for detecting state of wave surface
GB2109545A (en) Surface profile interferometer
SU1179170A1 (en) Polarization refractometer of violated complete internal reflection
JPH024864B2 (en)
US5184010A (en) Spectrum modulation encoding sensor system for remotely detecting a physical magnitude, and operating by reflection
SU1226198A1 (en) Refractometer of disturbed total internal reflection
SU932219A1 (en) Two-beam interferometer
SU1383108A1 (en) Spectrophotometer
RU2052772C1 (en) Range-finding device
SU1550428A2 (en) Electric cyratory device for non-contact measuring of high voltages
RU1770849C (en) Optically-transparent uniaxial crystal orientation method
SU1272258A1 (en) Method and apparatus for measuring high voltage
SU1155921A1 (en) Polarizing refractometer
CN115541203A (en) Phase retardation measurement optical path and measurement method for wedge-shaped birefringent device
SU1100541A1 (en) Refractometer
SU1422208A1 (en) Autocollimation angle-measuring device