SU439871A1 - Устройство дл определени оптической толщины изотопных сред - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к приборйм дл  проведени  метрологических измерений онти ko-физических параметров различных изотрониых объектов. Оно может пайти широкое применение при измерении коэффициентов поглощени  и усилеии  слабопоглощаюо;их и усиливающих сред и в различных област х использовани  лазерной техники.

Известны различные схемы измерени  коэффициентов поглощени  веществ, в которых дл  повышени  чувствительности измерений используютс  многоходовые кюветы и высокостабилизироваииые источникн излучени . Такие устройства имеют сложную схему, не позвол ют достичь большого времеиного разрешени  и проводить определение коэффициентов усилени  и измерени  с самосвет щимис  объектами.

Известны также устройства дл  нзмерени  внутренних потерь в ОКГ, примеиеннс которых ограничиваетс  только дл  генерирующих сред и возможно лишь в узком спектральном интервале частот.

Целью изобретепи   вл етс  универсализаци  измерительного устройства, получение возможности проведени  измерений параметров широкого класса изотропных веществ, как самосвет щихс , так и несамосвет щихс , причем с высоким быстродействием, чувствительностью и точностью анализа в ншроком интервале частот спектра.

Цель изобретени  достигаетс  за счет применеии  в устройстве открытого оптического резонатора с расположеппыми внутри него исследуемой средой и элементами, внос щими различные потери в компоненты пол ризации излучени , а на выходе - спектрального прибора с иризмой Волластона дл  измерени 

отношени  интенсивностей спектральпой лнпии в двух пол ризаци х.

Оптическа  схема нредлагпемого устройства представлена на чертеже, где: 1 - источник из.учспн ; 2 - система формировани  параллельиого пучка света; 3 - зеркала откр1 того резонатора; 4 - объем с нсследуемоп средой; 5 - пол ризующие элементы; 6 - систеУ:Я освеидени  спектральпого прибора; 7-призл а Волластона; 8 - спектральный прибор; 9 -

щель снектрального прнбора; 10 - диафрагма спектрального прибора.

Принцип работы устройства заключаетс  в следующем.

При исследовании иесамосвет щихс  и самосвет щихс  объектов, область спектра свечени  которых не перекрывает области исследуемого спектра, свет от системы излучении параллельным пучком направл етс  в открытый оптический резонатор, проходит через

объем с исследуемой средой и элементы пол ризации и, попеременно отража сь внутри резонатора от зеркал 3, выходит наружу, где направл етс  системой освещени  6 через призму Волластона 7, раздел ющую пространсгвенно две взаимно перпендикул рные составл ющие компонент пол ризации, на щель 9 спектрального прибора 8.

При исследовании самосвет щихс  сред в области спектра их свечени  устройство работает аналогичным образом, только в этом случае нет необходимости в использовании внешнего источника излучени .

Дл  нормальной работы устройства необходимо , чтобы внешний источник излучени  излучал плоско- или линейно пол ризоваппое излучение .

Во втором случае он должен располагатьс  так, чтобы направление вектора его пол ризации составл ло угол 45° с направлени ми векторов пол ризации пол ризующих элементов 5. Расположение призмы Волластона, щели спектрального прибора также должно быть согласовано с направл ющими векторов пол ризации пол ризующих элементов.

Прохождение излучени  через оптический резонатор с элементами пол ризации, внос щими различные потери в интенсивности излучени  дл  различных пол ризаций, приводит к тому, что интенсивность выход щего из резонтора светового потока дл  различных компонент пол ризации становитс  различной и зависит от оптической плотности исследуемой среды, посто нных прибора (депол ризации источника излучеии  1, оптических элементов схемы 2, 6, 9, коэффициента, отражени  зеркал 3, резонатора и коэффициента пропускани  компонент различной пол ризации элементами 5). Таким образом, производ  измерение интенсивности двух компонент пол ризации после спектрального прибора можно определить оптическую толщину или . плотность исследуемой изотропной среды.

В общем случае расчетное соотношение дл  определени  оптической толщины сло 

1Д - Т|

/(/. (Г.-гт)

(1),

где К - коэффициент поглощени  (усиление) среды; / - длипа исследуемой среды; х - оптическа  толщина сло ; А - отношение иитеисивностей двух компонент пол ризации после прохождени  спектрального прибора; TI пропускание элемента пол ризации 5 дл  одного направлени  пол ризации; Г - посто нна  устройства, завис ща  от депол ризующих свойств источника и элементов схемы, соотношени  пропускаиий различных пол ризаций пол ризатором, коэффициента отражени  зеркал R.

Посто нна  Г может быть определена простым путем, в начале измерений, когда из резонатора удал етс  исследуема  среда и производитс  измерение начального отнощени  иитенсивностей компонент пол ризации До, а

4

.г - (2)

:io- Т;

При использовании в качестве пол ризующих элементов плоскопараллельных изотроппых пластин, уста ювлеиных в резонаторе под углом Брюстера, упрощаетс  юстировка устройства , отпадает необходимость первоначального определени  посто нной прибора, снижаетс  врем  на проведение расчетов.

Дл  таких элементов пол ризации расчетное соотношение дл  схемы, изображенной на фиг. 1, а, дл  самосвет щихс  и несамосвет щихс  сред одинаково:

К1 Л- |ln (R ()

где т - пропускание пол ризации, .часть излучени  которой отражаетс  пластиной.

Дл  схемы на фиг. 1, б расчетное соотнощение отличаетс  и дл  сред несамосвет щихс , оно совпадает с соотношением (3), а дл  самосвет щихс  приобретает более сложный вид:

2т2КД

1п

К(т--Ы) {Л-1)2 + 2т2(А+1)2

. (A-I) (1-т2) (4)

При использовании наклонных пластин диафрагма 10 спектрального прибора 8 примеп етс  дл  выделени  только одиого типа собственных колебаний резонатора.

Таким образом, устройство дл  определени  параметров изотропных сред позвол ет при известных коэффициентах пропускани  т и отражени  R определ ть простым путем оптическую толщину сло  X, а при известном / - и коэффициент поглощени  среды /С.

Кроме того, при использовании источника излучени  и элементов, не имеющих депол ризации , схема устройства позвол ет определить и значение одного из расчетных параметров (т или R) в начале проведени  измерений, если один из этих параметров измерен какимлибо другим способом.

Така  гибкость устройства дает большие преимущества в его использовании в метрологии прозрачных, слабопоглощающих, поглощающих и усиливающих сред. Расчет показывает , что с помощью такого устройства можно измер ть следующие коэффициенты оптических толщин и коэффициенты поглощени  и усилени  веществ.

Дл  несамосвет щихс  сред X от 2,5 до

/(от350см-до2-Ю- см-. Дл  самосвет щихс  сред X от 7 до 10 , /С от 70 см- до 10-« см-.

Точность измерений дл  различных интервалов измер емых параметров и областей спектра колеблетс  от 0,5 до 20%.

Приведеные расчеты справедливы дл  толщины исследуемых сред в пределах от 10до 10 см.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1. Устройство дл  определени  оптической толщины изотропных сред, содержащее широкополосный источник излучени  с системой формировани  параллельного пучка света, открытый оптический резонатор, с размещенной внутри него исследуемой средой, призму Волластона и спектрограф, отличающеес  теы, что, с целью определени  положительной и отрицательной оптической толщин, как самосвет щихс , так и несамосвет щихс  сред в широком диапазоне спектра, повышени  быстродействи , чувствительности и точности измерений , в резонаторе расположен, по крайней мере, один пол ризующий элемент с различными величинами пропускани  взаимно перпендикул рных компонент пол ризации излучени , а перед резонатором установлен источник плоскопол ризованного излучени .

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что указанный пол ризующий элемент выполнен в виде изотропной плоско-параллельной пластины, устанавливаемой в резонаторе под углом Брюстера.

Х/УТ-

Hx-V-V-x jX- А - AT .ХХл/./- .-- -У ч/уС

9 /г-i

2 3

в i(J