SU1755125A1 - Устройство дл определени показател преломлени - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит светоделитель и последовательно расположенные источник монохроматического излучени , объектив, диафрагму и устройство поворота исследуемого образца, а также систему анализа интерференционной картины, плоское зеркало, расположенное за устройством поворота исследуемого образца перпендикул рно оптической оси, при этом светоделитель расположен за источником монохроматического излучени  и ориентирован под углЬм 45° к оптической оси, а система анализа интерференционной картины расположена в плоскости изображени  источника излучени , сформированного объективом и светоделителем. 1 ил. Ё

Description

Изобретение относитс  к оптическим измерени м и может быть использовано дл  определени  абсолютного значени  показател  преломлени  оптических материалов.

Известны устройства, позвол ющие определ ть показатели преломлени  образцов оптических материалов, выполненных в виде плоскопараллельных пластин

Однако, устройство не обеспечивает высокой точности измерений, так как у него ограничен диапазон поворота образца из- за взаимного смещени  интерферирующих световых пучков и низок контраст интерференционных полос из-за разной интенсивности этих световых пучков Кроме того, дл  определени  с помощью этого устройства показател  преломлени  необходимо предварительно с высокой точностью измер ть толщину исследуемого образца

Устройство не требует предварительного бпределени  толщины образца, поскольку она определ етс  в процессе измерений.

Однако, оно так же не обеспечивает высокой точности измерений, так как имеет малую чувствительность к измер емой величине .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство, которое и выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит источник монохроматического излучени , объектив, интерферометр Маха-Цен дера, устройство поворота исследуемого образца и систему анализа интерференционной картины. Устройство позвол ет определ ть абсолютный показатель преломлени  образца по изменению пор дка интерференции в зависимости от угла поворота образца. Изменение пор дка интерференции соответствует числу интерференционных полос N, пробеХ|

сл ел

кэ с 

жавших через анализируемую точку изображени  при развороте образца. Образец дл  измерений изготавливаетс  в виде плоскопараллельной пластинки.

К основным недостаткам прототипа следует отнести снижение точности измерений за счет смещени  светового пучка, прошедшего через образец, при его повороте, а также сложностТГконструкции.

Смещение светового пучка при повороте образца приводит (с-очЪйь жестким требовани м k качеству изготовлени  оптических элементов (обьёктивов, зеркал, светоделителей), т.е. принтом интерферируют не одноименные лучи света и погрешности изготовлени  непосредственно складываютс  с погрешностью определени  величины изменени  пор дка интерференции. Это также накладывает ограничение на максимальный диаметр световых пучков(при допустимой погрешности 0,01 полосы диаметр не более нескольких миллиметров); к уменьшению контраста интерференционных полос по мере разворота образца и к их полному исчезновению в области фотоприемника при смещении, равном половине диаметра световых пучков. Это накладывает существенные ограничени  на величину диапазона углов поворота образца. Величина смещени  определ етс  следующей формулой:

d-|.,ina.Cl-Vni fynag KB

где I - толщина образца;

G - угол поворота;

п - показатель преломлени .

Из (1) следует, что при мм, п 1,6 и диаметре светового пучка 6 мм, максимальный угол, на который можно развернуть образец, равен 40°.

Ограничение величины диапазона углов поворота образца также снижает точность определени  показател  преломлени . Действительно, чем больше угол поворота образца, тем больше число пробежавших интерференционных полос N, т.е. при посто нной погрешности определени  числа пробежавших полос A N, относительна 

погрешность 5N -in- с увеличением угла поворота уменьшаетс . Погрешность определени  показател  преломлени  Дп можно рассчитать по следующей эмпирической формуле:

An-ffi m n-jFm

(0,79 Ом) где Ом - величина максимального угла разворота образца,град;

I - число контролируемых углов разворота образца.

Из (2) видно, что с уменьшением угла поворота образца погрешность определени  показател  преломлени  увеличиваетс ,

Цель изобретени  - повышение точности измерений и упрощение конструкции устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  показател  преломлени , содержащее последовательно расположенные источник монохроматического излучени , обьектив, устройство

поворота, исследуемого образца, а также систему анализа интерференционной картины , введены плоское зеркало, установ-, ленное по ходу излучени  за устройством поворота исследуемого образца перпендикул рно оптической оси, и светоделитель, отражающа  грань которого ориентирована под углом 45° к оптической оси, расположенный между источником монохроматического излучени  и объективом, а система

анализа интерференционной картины расположена в плоскости автоколлимационного изображени  источника излучени , сформированного объективом с помощью зеркала и светоделител .

Определение показател  преломлени  и толщины исследуемого образца проводитс  путем измерени  количества интерференционных полос, прошедших через систему анализа, в зависимости от угла поворота образца. При этом величину показател  преломлени  п образца и его толщину I наход т из решени  системы уравнений

40

-sln2ai -cosai-n + 1

2e

N1 f -sin2«i -cosai-n + 1

(3)

где а - текущий угол разворота образца

(угол между нормалью к образцу и оптической осью);

А-длина волны источника излучени ; NI - количество прошедших интерфе- ренционных полос при развороте образца

от О)

Повышение точности в за вл емом техническом решении достигаетс  за счет уменьшени  вли ни  внешних воздействий (вибраций, конвекционных потоков воздуха ), обеспечени  возможности проведени  измерений в широком диапазоне углов поворота исследуемого образца,(0 + 90°) и двойного прохождени  света через образец .

Уменьшение вли ни  внешних воздействий происходит за счет того, что в отличие от прототипа оба интерферирующих световых пучка формируютс  одними и теми же элементами устройства, что уменьшает вли-  ние вибраций, и пространственно расположены близко друг к другу, что уменьшает вли ние конвекционных потоков воздуха.

Возможность проведени  измерений при больших углах разворота образца обес- печиваетс  путем устранени  смещени  интерферирующих световых пучков в области формировани  интерференционной картины за счет автоколлимационного отражени  прошедшего через образец света от введен- иого плоского зеркала. При этом погрешность изготовлени  оптических элементов значительно меньше, чем в прототипе, будет вли ть-на точность определени  показател  преломлени .

Как следует из (2), с увеличением угла поворота образца точность определени  показател  преломлени  увеличиваетс . Например, дл  образца с I 10 мм, п 1,6. при максимальном угле разворота Ом - 40° и при числе контролируемых углов 1 10, погрешность в определении показател  преломлени  составит Дп 21103.

При тех же услови х, но при увеличении максимального угла поворота до 80°, по- грешность в определении показател  преломлени  будет А п 4,8 10 . Таким образом, точность определени  показател  преломлени  возросла приблизительно в 40 раз.

На чертеже представлена принципиальна  схема устройства дл  определени  показател  преломлени .

Устройство содержит последовательно расположенные источник монохроматического излучени  1, светоделитель 2, обьек- тив 3, диафрагму 4, устройство поворота исследуемого образца 5, зеркало б, а также систему анализа интерференционной картины 7. Исследуемый образец 8 закреплен на оси устройства поворота 5.

Устройство работает следующим образом .

Источник монохроматического излучени  1 с помощью объектива 3 и диафрагмы 4 формирует плоскую световую волну, одна часть которой проходит мимо исследуемого

образца 8 и  вл етс  опорной, а друга  часть дважды проходит через образец 8. Отразившись от зеркала 6, обе волны попадают в объектив 3, который с помощью светоделител  2 формирует в своей фокальной плоскости интерференционные полосы. Регистраци  и обработка интерференционной картины осуществл етс  системой анализа интерференционной картины 7. При развороте исследуемого образца 8 с помощью устройства поворота 5 фаза светового пучка , прошедшего через образец, измен етс , что приводит к перемещению интерференционных полос в плоскости регистрации. Система анализа 7 регистрирует число прошедших интерференционных полос NI; в зависимости от величины угла поворота образца а который измер етс  с помощью датчика угловых перемещений. Подстановкой измеренных значений NI и GI в систему уравнений (3) определ ютс  показатель преломлени  п и толщина I образца. Таким образом, использование предлагаемого технического решени  позвол ет повысить точность измерений, снизить требовани  к качеству оптических деталей, уменьшить вли ние внешних условий на результат измерений, а также упростить конструкцию устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  определени  показател  преломлени , содержащее последовательно расположенные источник монохроматического излучени , объектив, устройство поворота исследуемого образца , а также систему анализа интерференционной картины, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений и упрощени  конструкции, в него введены плоское зеркало, установленное по ходу излучени  за устройством поворота после исследуемого образца перпендикул рно оптической оси, и светоделитель, отражающа  грань которого ориентирована под углом 45° к оптической оси, расположенный между источником монохроматического излучени  и объективом, а система анализа интерференционной картины расположена в плоскости автоколлнмационного изображени  источника излучени , сформированного объективом с помощью зеркала и светоделител .

   $л

   / / / / /

   / / / / /

   У

   ф