SU1670542A1 - Способ измерени углов рефракции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к физической оптике, в частности к технике использовани  структуры вещества фазовохаотических объектов при наличии двулучепреломлени , и может быть использовано в кристаллооптике, полупроводниковом приборостроении, неразрушающем контроле состо ни  поверхностной и объемной составл ющих объекта и других отрасл х науки и техники. Цель - повышение точности измерени  углов рефракции, а также расширение возможности способа путем измерени  распределени  углов рефракции на фазовохаотических объектах с размерами неоднородностей пор дка длины волны освещающего света. Способ состоит в облучении объекта высококогерентным лазерным излучением с плоским волновым фронтом, регистрации негативного транспаранта, перед которым установлен анализатор с осью пропускани , ортогональной плоскости пол ризации освещающей волны, сканировании пол  излучени  пропущенного транспарантом, выделении коррел ционных зон пропускани  такого изображени  и измерении интенсивности, по которой суд т о функции распределени  углов рефракции на фазовохаотическом оптически анизотропном экране. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к физической оптике, в частности дл  использовани  структуры вещества фазовохаотических объектов при наличии двулучепреломлени , и может быть использовано в кристаллооптике , полупроводниковом машиностроении , при неразрушающем контроле состо ни  поверхностей и объемных составл ющих объекта и других отрасл х науки и техники.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и расширение класса решаемых задач за счет обеспечени  пр мого

измерени  углов рефракции на фазовохаотическом объекте с размерами неоднород- ностей пор дка длины волны облучающего излучени .

На чертеже приведена схема устройства , реализующего предложенный способ.

Устройство содержит источник 1 излучени  1, коллиматор 2, четвертьволновую пластинку 3, изол тор 4, объект 5, объектив 6, анализатор 7, спеклтранспарант (изображение поверхности фаэовохаотического объект-экрана ) 8, полевую диафрагму 9, фотоэлектронный умножитель 10, сканируО- XJ

О СП

ю

ющее устройство 11., устройство 12 св зи с объектом, чмини-ЭВМ 13 Электроника ДЗ- 28.

Устройство работает следующим образом .

На вход устройства поступает излучение одномодового лазера ЛГ-38 (источник 1 излучени ). Коллиматор 2, состо щий из двух объективов, служит дл  расширени  пучка и формировани  волны с плоским волновым фронтом. Пластинка 3 ориентируетс  таким образом, что ее ось наибольшей скорости составл ет угол 45° с плоскостью пол ризации лазерного пучка, что позвол ет получить циркул рную пол ризацию освещающего пучка. Пол ризатор 4 выдел ет плоскопол ризованную волну с азимутом световых колебаний, совпадающим с плоскостью падени . Объект 5 осуществл ет пол ризационно-фазовую модул цию лазерного пучка. Объектив 6 проецирует когерентное изображение поверхности фазовохаотического экрана через анализатор 7, ось пропускани  которого ортогональна плоскости падени , в плоскость высокоразрешающего фоторегистрирую- щего сло  8. Он про вл етс  на месте, в результате получаетс  негативное изображение ансамбл  зон коррел ции на поверхности фазовохаотического экрана. Полева  диаграмма 9 выдел ет зоны коррел ции. Ее размер выбираетс  пор дка 1/10 части размера зоны коррел ции. Фотоэлектронный умножитель измер ет интенсивность излучени , прошедшего сквозь изображение зоны коррел ции на спеклтранспаранте 8, при ориентаци х оси пропускани  анализатора 7 соответственно 0 и 90° относительно плоскости падени . Затем с помощью мини- ЭВМ 13 рассчитывают значение локального угла рефракции. Далее путем сканировани  выдел ют новую зону коррел ции и, таким образом, определ ют массив значений углов рефракции на фазовохаотическом оптически анизотропном экране, который накапливаетс  в пам ти устройства 12 св зи и статистически обрабатываетс  на мини-ЭВМ 13. В результате получаетс  распределение значений углов рефракции.

Способ осуществл етс  следующим образом .

Задают плоскость пол ризации освещающей экран лазерной волны, совпадающей с плоскостью падени . Устанавливают пол ризатор перед фоточувствительным слоем, который предназначен дл  регистрации когерентного изображени  поверхности фаэовохаотического экрана, в ситуации когда ось пропускани  пол ризатора перпендикул рна плоскости падени . В этом

случае регистрируютс  только те зоны коррел ции , которые соответствуют оптически напр женным анизотропным участкам экрана . Проецируют изображение поверхности .экранавплоскость

светочувствительного сло . Осуществл ют необходимую фотохимическую обработку . фотосло , получа  транспарант, представл ющий собой изображение поверхности

экрана, образованное совокупностью зон коррел ции, характеристики которых однозначно св заны с параметрами анизотропии фаэовохаотического экрана.

Коррел ционные зоны представл ют

собой участки изображени , обладающие однородными по площади значени ми амплитуды , фазы и пол ризации световых колебаний . Причем коррел ционные зоны формируютс  в результате взаимодействи 

освещающего (однородного по параметрам) светового пол  с веществом фазовохаотического экрана. Поэтому характеристики их световых колебаний однозначно взаимосв заны с параметрами самого экрана. Следовательно , зарегистрированный на фотослое ансамбль зон коррел ции изображени  фазовохаотического экрана представл ет собой фильтрующий элемент, с помощью которого можно непосредственно оценивать характеристики тех зон коррел ции, которые соответствуют анизотропным участкам вещества экрана, т.е. пр мо оценивать величину рефракции, св занную с величиной двулучепреломлени .

В прототипе в качестве освещающего

объект пол  используют спеклполе, образованное в результате статистической интерференции когерентного лазерного излучени  при его прохождении через диффузный рассеиватель. Таким образом, в прототипе реализуете не пр мой способ исследовани  параметров оптического пол , пропущенного объектом, а опосредованный анализ углов рефракции по величине

смещени  спеклов освещающего пол  под действием оптических неоднородностей объекта исследовани .

Затем на регистрированный транспа- рант проецируют изображение поверхности фазовохаотического экрана.

В ситуации, когда оси пол ризатора и анализатора составл ют угол 90°, сквозь транспарант проходит излучение только от тех зон коррел ции, которые образованы в результате взаимодействи  оптического излучени  с анизотропными участками экрана , которые и обусловливают рефракцию световых лучей.

Дл  анализа параметров пропущенного таким образом излучени  сканируют это поле по всей площади зэ транспарантом.

Лока льный анализ параметров прошедшего сквозь транспарант изображени  проводитс  посредством измерени  его интенсивности при двух положени х оси анализатора: перпендикул рно и параллельно плоскости падени . Это обеспечивает возможность определени  эллиптичности пол ризации световых колебаний в зоне коррел ции изображени  поверхности фа- зовохаотического экрана. По величине найденной эллиптичности суд т о величине двулучепреломлени  вещества экрана и св занной с ней величине угла рефракции.

В качестве обьекта исследовани  использовали плоскопараллельный образец плавлени  кварца, одну из сторон которого шлифовали абразивом со средним размером микрозерен 5 мкм. В этом случае были реализованы следующие средние линейные и угловые размеры микронеровностей: 2 мкм и 5°. Это обусловливало формирование в процессе когерентного рассе ни  на поверхности обьекта совокупности зон коррел ции со средним размером 5 Я. Данные зоны коррел ции отображались обьективом 6 в плос кость регистрации с увеличением 25х, что обеспечивало возможность измерени  параметров пол  в пределах зоны коррел ции полевой диафрагмой 9, размер которой 2 мкм, что соот аетствовало выделению 1/10 части зоны коррел ции.

В качестве фоторегистрирующего топологию оптически напр женных (анизотропных ) участков обьекта использовали транспарант 8, представл ющий собой высокоразрешающие пластинки типа ВРЛ.

Интенсивность прошедшего через транспарант 8 излучени  измер ли с помощью фотоэлектронного умножител  ФЭУ-112.

Способ повышает точность измерени  углов рефракции, поскольку размеры зон коррел ции составл ют величину пор дка

ю-6v5

плоскости - 1 м.

10 м, а рассто ние до спеклтранспаранта составл ет Следовательно, способ позвол ет проводить измерени  углов рефракции с точностью , сравнимой с 10 рад, что на один пор док выше точности измерений, достигаемой в прототипе. Помимо этого, способ расшир ет возможности измерени  углов

0 рефракции дл  статистических фазовых экранов с двулучепреломл ющими област ми размерами пор дка длины волны освещающего света с указанной точностью. При этом извлекаетс  информаци  не только об

Claims (1)

1. 5 абсолютных значени х углов рефракции, а и об их статическом распределении. Формула изобретени  Способ измерени  углов рефракции, включающий регистрацию спекл-транспа0 ранта, облучение обьекта и спекл-транспа- ранта когерентным лазерным излучением с плоским волновым фронтом, сканирование и измерение интенсивности фотоприемником пол  излучени , прошедшего объект и

   5 спекл-транспарант, расчет функции распределени  углов рефракции, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности измерени  и расширени  класса решаемых задач путем обеспечени  пр мого измере0 ни  углов рефракции на фазовохаотическом обьекте с размерами неоднгродностей пор дка длины волны облучающего излучени , в качестве спекл-транспарэнтэ используют зарегистрированное изображение поверх5 ности фазовохаотического обьекта, причем спекл-транспарант регистрируют излучением , прошедшим пол ризатор с осью пропускани  ортогональной плоскости падени  излучени , облучение обьекта и спекл0 транспаранта производ т при установленном перед спекл-транспарантом анализаторе, а сканирование фотоприемником пол  излучени  последовательно осуществл ют при ориентации оси

   5 анализатора соответственно перпендикул рно и коллинеарно плоскости падени  излучени .