SU1441209A1

SU1441209A1 - Device for measuring parameters of linear polarization of light beam

Info

Publication number: SU1441209A1
Application number: SU874218505A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Колесник; Анатолий Борисович Гаврилович
Original assignee: Институт физики АН БССР
Priority date: 1987-01-26
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1988-11-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может использовано дл измерени параметров линейной пол ризации светового пучка. Цель изобретени - повьшение быстродействи . Устройство состоит из анализатора 1 , выполненного в виде конуса из диэлектрического материала с углом Брюстера при основании. Анализатор I помещен в отражатель 2, выполненный в виде шарового сегмента с прозрачньм основанием и входным отверстием дл прохождени светового пучка. За основанием отражател расположено многоэлементное регистрирующее устройство 3, выполненное в виде многоэлементного фотоприемника. 1 з,п. . ф-лы, 3 ил. Л ю The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the parameters of the linear polarization of a light beam. The purpose of the invention is to increase the speed. The device consists of an analyzer 1, made in the form of a cone of a dielectric material with a Brewster angle at the base. Analyzer I is placed in the reflector 2, made in the form of a spherical segment with a transparent base and an inlet for the passage of the light beam. Behind the base of the reflector there is a multi-element recording device 3, made in the form of a multi-element photodetector. 1 h, para. . f-ly, 3 ill. Lu

Description

1144120911441209

Изобретение относитс , к измерительной технике и может быть использовано дл измерени параметров линейной пол ризации светового пучка.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the parameters of the linear polarization of a light beam.

Цель изобретени - повьшение быстродействи .The purpose of the invention is to increase the speed.

На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства; на фиг. 2 - расположение , фотоприемника} на фиг.З - 10 углова зависимость интенсивности сигнала, регистрируемого элементами фотоприемника.FIG. 1 shows a diagram of the proposed device; in fig. 2 - location of the photodetector} in FIG. 3 - 10 angular dependence of the intensity of the signal recorded by the elements of the photodetector.

Устройство дл измерени параметров линейной пол ризацш) светового пучка содержит анализатор 1, отражатель 2 и регистрирующее устройство 3 Анализатор 1 представл ет собой конус, изготовленньй из оптически непрозрачного диэлектрического материа- 20 св зывающее диаметр d основани сферипокаэатель преломлени материала конуса).A device for measuring the parameters of the linear polarization of the light beam contains analyzer 1, reflector 2 and recording device 3. Analyzer 1 is a cone made of an optically opaque dielectric material 20 connecting diameter d of the base of a cone refractive index material.

В конкретной реализации устройства радиус R сферической поверхности и положение ее центра на оптической оси устройства удовлетвор ют условию равенства высот конуса h и шарового сегмента h. Диаметр основани шарового сегмента d св зан с его высотой h и радиусом R соотношениемIn a particular implementation of the device, the radius R of the spherical surface and the position of its center on the optical axis of the device satisfy the condition of equality of the heights of the cone h and the spherical segment h. The diameter of the base of the spherical segment d is related to its height h and radius R by the ratio

-1. -one.

(2)(2)

5 Подставив в формулу (2) значение h d(tgo/6)/2, получим соотношение5 Substituting the value h d (tgo / 6) / 2 in formula (2), we obtain the ratio

I ДРI DR

i.-t4.|5--tiTs-- i.-t4. | 5 - tiTs--

покаэатель преломлени материала конуса).The refractor of the cone material).

ывающее диаметр d основани сфериthe d diameter of the base of the sphere

-1. -one.

(2)(2)

св зывающее диаметр d основани сфериthe binding diameter d of the base of the sphere

Подставив в формулу (2) значение h d(tgo/6)/2, получим соотношениеSubstituting in the formula (2) the value of h d (tgo / 6) / 2, we obtain the ratio

I ДРI DR

i.-t4.|5--tiTs-- i.-t4. | 5 - tiTs--

ла с углом Брюстера . при основании. Отражатель выполнен в виде шарового сегмента, на виутреннн о поверхность которого ианесеио зеркальное покрытие с коэффициентом отражени 0,99. Оси симметрии отражател и анализатора совпадают. Шаровой сегмент в верхней части дл прохождени светового пучка имеет отверстие диаметром, неla with a brewster angle. at the base. The reflector is made in the form of a spherical segment, on the surface of which is a mirror and a mirror coating with a reflection coefficient of 0.99. The axes of symmetry of the reflector and the analyzer are the same. The ball segment in the upper part for the passage of the light beam has a hole with a diameter not

превышак щш диаметр основани кону- 30 ва материалом дл изготовлени конуса . Регистрирующее устройство распо- са служит поглощающий диэлектрик ти- ложеио за отражателем перпендикул рно его оптической оси. В качестве регист-. рирукидего устройства используетс иапа стекла НС-П с показателем преломлени ,51. Угол при основании конуса равен углу Брюстера о( .The diameter of the base of the cone is greater than the material for making a cone. The recording device of the position serves as an absorbing dielectric only after the reflector perpendicular to its optical axis. As registr-. A device is used in the NS-P glass with a refractive index, 51. The angle at the base of the cone is equal to the Brewster angle o (.

бор лииейж.1Х многоэлементных лриемни-35 Диаметр основани конуса №j.bor Liiizh.1X multi-element lemni-35 The diameter of the base of the cone number j.

ков, расположенных по сторонам много- №аметр основани сферического отраугольиика ABCDEF (фиг.2).жател мм. Радиус поверхностиcovings located on the sides of the multi-base ABCDEF spherical reflector (FIG. 2). mm cutter. Surface radius

сферического отражател мм. Ре- Выбор соотношени дош определени гистрирующее устройство из набора ли-,mm spherical reflector. Re-select the ratio of the doshas of the determination.

параметров элементов устройства в ме- 40 нейных многозлементных приемниковthe parameters of the elements of the device in the multielement multielement receivers

располагают на удалении 1 2 мм от основани .placed at a distance of 1-2 mm from the base.

ридиональиой плоскости проводитс на основании требовани схождени лучей в области регистрирующего устройства 3 (фиг. i). В саггитальной плоскости требовани к параметрам устройства согласуютс с условием телескопично- го хода лучейThe digital plane is carried out on the basis of the requirement of convergence of rays in the region of the recording device 3 (Fig. i). In the sagittal plane, the requirements for the device parameters are consistent with the condition of the telescopic beam path.

л - - Ч IcZs Sll - - H IcZs Sl

5050

де d ц - рассто ние, между точками отражени центрального луча (отличен стрелкой) на поверхност х конуса и сферического отражател ;55de d is the distance between the reflection points of the central beam (indicated by the arrow) on the surfaces of the cone and the spherical reflector; 55

г и R - соответствующие радиусы кривизны указанных отражающих поверхностей; efg - угол Брюстера (tgc(, п ческого отражател с его радиусом F, диаметром д. основани конуса и углом Брюстера de. Диаметр отверсти в верхней части отражател выбран равным (или несколько меньше) диаметру основани конуса, чтобы весь световой пучок падал на боковую поверхность конуса.r and R are the corresponding radii of curvature of the indicated reflecting surfaces; efg is the Brewster angle (tgc (, p ical reflector with its radius F, diameter of the base of the cone and Brewster angle de. The diameter of the hole in the upper part of the reflector is equal to (or slightly less) the diameter of the base of the cone so that the entire light beam falls on the side surface of the cone.

В конкретной реализации устройст40 нейных многозлементных приемниковIn the specific implementation of device-specific multi-element receivers

4545

5050

5555

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Параллельный пучок света направл етс на конический анализатор 1 вдоль его геометрической оси. Угол падени света на боковую поверхность конуса обеспечиваетс при этом равным углу Брюстера, вследствие чего отраженное излучение полностью пол ризуетс . При этом колебани электрического вектора лежат в плоскости, перпендикул рной плоскости падени пучка. Отражатель 2 измен ет направление распространени падающего на него света и преобразует его в пучок, СХОДЯ1ЛИЙСЯ в плоскости регистрирующего устройства. Таким образом, вA parallel beam of light is directed to the cone analyzer 1 along its geometrical axis. The angle of incidence of light on the side surface of the cone is thus provided equal to the Brewster angle, as a result of which the reflected radiation completely polarizes. In this case, the oscillations of the electric vector lie in a plane perpendicular to the plane of incidence of the beam. The reflector 2 changes the direction of the incident light and converts it into a beam, CONFINING IN the plane of the recording device. So in

плоскости регистрирующего устройства осуществл етс засветка светочувст вительиых элементов в кольцевой зоне радиусом г. UlHpHHa кольца определи- етс угловой расходимостью падающего излучени . В случае использовани набора линейных фотоприемников ширина кольцевой зоны увеличиваетс до оптимальной величины путем расфокуси ровки светового пучка (г. 2).The plane of the recording device is used to illuminate the photosensitive elements in an annular zone with a radius of r. UlHpHHa of the ring, which is determined by the angular divergence of the incident radiation. In the case of using a set of linear photodetectors, the width of the annular zone is increased to the optimum value by defocusing the light beam (r 2).

Распределение интенсивности света l(e() вдоль кольцевой зоны отражает состо ние пол ризации исследуемого светового пучка. В случае естествен- ного света l(of)const. В случае полностью пол ризованного пучка с фикси рованньы значением азимута пол риза- дни зависимость 1( rf) подчин етс закну Малюса l(e( (фиг.З). По угловому положению of минимума 1(о() определ етс азимут пол ризации светового пучка относительно плоскости референции PP. Степень пол ризации светового пучка определ етс по фор- мулеThe distribution of the light intensity l (e () along the annular zone reflects the state of polarization of the light beam under study. In the case of natural light, l (of) const. In the case of a fully polarized beam with a fixed azimuth value of polarization, dependence 1 ( rf) obeys the Malus closure l (e ((Fig. 3). The angular position of minimum 1 (o () determines the azimuth of the polarization of the light beam relative to the reference plane PP. The degree of polarization of the light beam is determined by the formula

р 1ма1(с-1м«к f- .p 1m1 (s-1m “to f-.

-Ч( -H (

Погрешность определени степени пол ризации зависи 1 от погрешности измерени ,,„„ и составл ет 0,5%. Точность определени азимута пол ризации зависит от контрастной чувствительности элементов фотопри- емника и их числа, приход щего на единицу длины кольцевой зоны. При использовании дл регистрации комплект из шести линейных фотопрнемников типа К 1200 ЦЛ 2 с 2048 элементами каж дый на кольцевой зоне радиусом г 20 мм погрешность определени та пол ризации 0 составл ет 10 дл полностью пол ризованного света и 30 дл частично пол ризованного. The error in determining the degree of polarization depends on the measurement error, "" "and is 0.5%. The accuracy of determining the polarization azimuth depends on the contrast sensitivity of the elements of the photoreceiver and their number per unit length of the annular zone. When used for registration, a set of six linear photocarriers of type K 1200 CL 2 with 2048 elements each on an annular zone with a radius of 20 mm, the error in determining the polarization 0 is 10 for fully polarized light and 30 for partially polarized.

Конструкци устройства, выполненна в виде оптически св занных конического анализатора и сфьрического отражател , обеспечивает возможность одновременной засветки всех фотопри- емных элементов регистрирующего устройства , благодар чему быстродействие излучени параметров пол ризации достигает - .The design of the device, made in the form of an optically coupled conical analyzer and a spherical reflector, makes it possible to simultaneously illuminate all the photoreceiver elements of the recording device, due to which the radiation speed of the polarization parameters reaches -.

Преимуществом предложенного устройства по сравнению с прототипом вл етс повьшение быстродействи в 10 раз, точности измерени степени пол ризации в 2 раза, азимута пол ризации в 5-6 раз. JJpOMe того, возможно использование его в качестве пол ризатора дл получени светового пучка в виде цилиндра, имеющего в своем сечении кольцо, в котором направление колебаний электрического вектора расположено параллельно йа- сательной.The advantage of the proposed device in comparison with the prototype is a 10-fold increase in speed, a measurement accuracy of the degree of polarization by 2 times, an azimuth of polarization by 5-6 times. JJPOMe, it is possible to use it as a polarizer to obtain a light beam in the form of a cylinder, having a ring in its section, in which the direction of oscillations of the electric vector is parallel to the axis.

Claims

1. A device for measuring linear beam polarization parameters containing an optically coupled and successively along the beam an analyzer fitted with a reflecting surface located at the Brewster angle, and a recording device, characterized in that, in order to improve speed The analyzer is made in the form of a cone of dielectric material with a Brewster angle at the base, the cone is located in the reflector with a transparent base, while the reflector is made in the form of a spherical segment, the axis the symmetry of which coincides with the axis of the cone, the base of the cone is set on a transparent base, the diameter of the inlet of the ball segment does not exceed the diameter of the base of the cone, and the height of the ball segment does not exceed the height of the cone, and the recording device is made in the form of a multi-element photodetector.

2. The device according to claim 1, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, the diameter d of the transparent base is determined by the formula

, .. ,,,. / 4R, and / g - d-JiTe- where R is the radius of the reflecting surface of the spherical segment; d is the diameter of the base of the cone; oCg is the Brewster angle.

miffi

ipaS