SU521455A1 - Device for diagnostics of optical active media - Google Patents

Device for diagnostics of optical active media

Info

Publication number
SU521455A1
SU521455A1 SU1324669A SU1324669A SU521455A1 SU 521455 A1 SU521455 A1 SU 521455A1 SU 1324669 A SU1324669 A SU 1324669A SU 1324669 A SU1324669 A SU 1324669A SU 521455 A1 SU521455 A1 SU 521455A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
quantum
polarization
light
optical
pulses
Prior art date
Application number
SU1324669A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Федорович Меньших
Original Assignee
Предприятие П/Я Г-4112
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 Г-4112 filed Critical Предприятие П/Я Г-4112
Priority to SU1324669A priority Critical patent/SU521455A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU521455A1 publication Critical patent/SU521455A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СРЕД(54) DEVICE FOR DIAGNOSTICS OF OPTICALLY ACTIVE MEDIA

Изобретение относитс  к области физической оптики, квантовой радиозпектроники и радиотехники и предназначено дл  высокочувствительного и прецизионного анализа оптической активности малоактивных сред, а также дл  получени  количественной оценки малых приращений величины оптической активности веществ под действием различных возмущений преимущественно при проведении научно-экспериментальных лабораторных исследований .The invention relates to the field of physical optics, quantum radio spectroscopy and radio engineering and is intended for highly sensitive and precise analysis of the optical activity of low-active media, as well as to obtain a quantitative estimate of small increments of the optical activity of substances under the influence of various perturbations, predominantly during scientific and experimental laboratory studies.

Удельное вращение плоскости пол ризации линейно-пол рвзсжанного света в различных оптически прозрачных средах измер ют различными методами.The specific rotation of the plane of polarization of linearly-diffused light in various optically transparent media is measured by various methods.

Дл  этих измерений служат пол риметры и сахариметры, содержащие последовательно установленные пол ризатор, кювету с исследуемой жидкостью (например, раствором сахара , камфоры, кокаина, HvmoTmia и т.д.), вращающийс  вдоль оптической оси прибора анализатор и отсчетное угломерное устройство . Дл  повышени  точности отсчета угла вращени  примен ют устройства типа бикварца . Так, разработан р д приспособлений, с For these measurements, polarimeters and saccharimeters containing successively installed polarizers, a cuvette with the test liquid (e.g., sugar solution, camphor, cocaine, HvmoTmia, etc.), an analyzer and a goniometric reference device rotating along the optical axis of the device are used. To improve the accuracy of reading the angle of rotation, biquartz-type devices are used. Thus, a number of devices have been developed, with

помощью которых наблюдатель видит поле зрени  сахариметра разделенным на две равные части. При правильной установке анализатора обе половины пол  зрени  равную освещенность. Устройство такого рода состоит из призмы Никол  с удаленной центральной частью Е виде клина (призма Корню ); обе половинки соедин ют вместе, их главные плсх;костн составл ют малый угол, называемый полутеневым углом. Если пучок пол ризованного света падает на эту призхуу таким образом, что плоскость пол ризации делит пополам полу теневой угол, то обе половинки пол  зрени  будут освещены одинаково . Человеческий глаз очень чувствителен к небольщим различи м в освещенности двух р дом расположенных полей, если их освещенность не очень мала. Если равенство освещенное тей полей сахариметра достигаетс  путем совмещени  биссектрисы полутеневого угла с плоскостью пол ризации падающего на призму света, то поворот призмы на половину полутеневого угла от этого положени  приводит к полному затемнению одной из половин пол . Таким образом, поворот призмыby means of which the observer sees the field of view of the saccharimeter divided into two equal parts. When the analyzer is correctly installed, both halves of the field of view are of equal illumination. A device of this kind consists of a prism of Nicol with the central part of the E as a wedge (the Cornu prism); both halves are joined together, their main pls; the bone is a small angle, called the penumbral angle. If a beam of polarized light falls on this prism in such a way that the polarization plane halves the half-angle, then both halves of the field of view will be lit equally. The human eye is very sensitive to small differences in the illumination of two adjacent fields, if their illumination is not very small. If equality of the lit saccharimeter fields is achieved by combining the bisectrix of the penumbral angle with the plane of polarization of the light incident on the prism, then turning the prism by half the penumbral angle from this position leads to a complete darkening of one of the halves of the field. So, turn the prism

на малый угол вызывает очень большие изменени  в относигельной освещенносги двух полей, и следовательно, можно достичь увеличени  точности измерений,at a small angle causes very large changes in the relative illumination of the two fields, and therefore, an increase in the measurement accuracy can be achieved,

Дальнейшее совершенствование приборов такого рода осуществл ют, путем использс ° вани  дифференциальных фотометров, регист{3ирующих различи  в освещенност х полей сахариметра. Дл  автоматизации процесса измерени  удельного вращени  ис1тользук)т фарадеевские вращатели, служащие дл  модул ции угла вращени  плоскости пол ризации под действием приложенного к  чейке Фараде  переменного (магнитного пол  от источника переменного опорного напр жени , При этом на выходе дифференциального фо тометра возникает переменное напр жение, амплитуда и начальна  фаза которого несет информацию об отклонении анализатора от его углового положени , соответствующего точному отсчету. Дл  анализа этого отклонени  примен ют фазочувствительный выпр митель , на входы которого подают опорное напр жение и сигнал с выхода дифференциального фотометра. При этом на выходе та- кого фазочувствительного выпр мител  образуетсй посто нное напр жение, величина которого пропорциональна величине отклонени  анализатора от его истинного положени  а знак указывает на направление углового отклонени . С помощью след щей системы (усилител  посто нного тока, сервомотора и редуктора с люфтовыбирающими приспособ лени ми ) можно автоматически осуществл ть установку анализатора под действием сигна .ла с выхода фазочувствигельного выпр мител , а отсчет производить по шкале прибора , св занной с корпусом анализатора.Further improvement of instruments of this kind is carried out by using differential photometers that register differences in the illuminations of the saccharimeter fields. To automate the process of measuring the specific rotation, the Faraday rotators used to modulate the angle of rotation of the polarization plane under the action of an alternating magnetic field applied to the Farada cell (a magnetic field from an alternating reference voltage source, an alternating voltage arises at the output of the differential photometer, the amplitude and the initial phase of which carries information about the deviation of the analyzer from its angular position corresponding to the exact readout. an sensitive rectifier, to the inputs of which a reference voltage is applied and a signal from the output of a differential photometer. At the output of such a phase-sensitive rectifier, a constant voltage is generated, the value of which is proportional to the value of the analyzer deviation from its true position and the sign indicates the direction of the angular With the help of a tracking system (DC amplifier, servo motor and gearbox with backlash pickups), you can automatically install the analyzer under signa .la fazochuvstvigelnogo output from the rectifier and produce a count on the instrument scale associated with the analyzer body.

Погрещность измерени  угла вращени  описанным методом складываетс  из погрешностей различных звеньев прибора: разноканальности дифференциального фотометра, дрейфа нул  в усилителе посто нного тока, люфра в редукторе, момента трени  у сервомотора , погрешности отсчета по шкале и неста- бильности питающих источников. Кроме того, дисперсионные  влени  исключают работу прибора при использовании немонохроматических источников. Проведенные исследовани  вли ни  ширины и распределени  спектра источника cBeta, аппаратной функции монохроматора и вращательной дисперсии исследуемого образца на результат измерени  угла врашени  плоскости пол ризации дл  трех методов объективной пол риметрии - метода пол ного гащени , метода симметричного угла и метода полутеневого угла - показатели, что современныефотоэлектронные спектропол риметры обладают чувств и 1-ольиостью пор дка The error in measuring the angle of rotation by the method described consists of the errors of the various components of the device: the different channels of the differential photometer, the zero drift in the DC amplifier, the lufra in the gearbox, the moment of friction at the servo motor, the reading error on the scale, and the instability of the supply sources. In addition, dispersion phenomena exclude the operation of the device when using non-monochromatic sources. The studies of the influence of the width and distribution of the spectrum of the source cBeta, the apparatus function of the monochromator and the rotational dispersion of the sample under investigation on the result of measuring the angle of rotation of the polarization plane for the three methods of objective polarimetry — the full enrichment method, the symmetric angle method and the penumbral angle method — modern photoelectron spectro polarimeters have sensitivities and a 1-order order

нескольких дес тичных долей кругоаого градуса . Точность соответствующих измерений не превосходив 1%.several decimal fractions of circular degree. The accuracy of the relevant measurements is not exceeding 1%.

Указанные значени  чувствительности и точности современных пол риметрических приборов в значительной мере не удовлетво р ют потребност м современного физического научного эксперимента, став щего своей целью исследование эффектов взаимодействи  электромагнитного пол  света с еществом, оптическа  активность которого подвергаетс  изменению действием на вещество физических факторов различного происхождени  (например, при исследовании вращательного электродинамического эффекта).The indicated values of sensitivity and accuracy of modern polarimetric devices do not significantly satisfy the needs of a modern physical scientific experiment, which aims at studying the effects of the interaction of an electromagnetic field of light with a substance whose optical activity is subject to change by the action of physical factors of different origin on a substance. , in the study of the rotational electrodynamic effect).

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и точности измерений оп тической активности в малоактивных средах, обнаружение и измерение малых измерений оптической активности, возникающих под действием различного рода возмущений среды, а также долговременное запоминание получаемой информации.The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measurements of optical activity in low-active media, detect and measure small measurements of optical activity arising under the influence of various kinds of medium disturbances, as well as long-term memorization of the received information.

Это достигаетс  тем, что в рредлагаемом устройстве выход квантового рециркул тора , образованного кольцевым включенн ем полупрозрачного отражател , компенсационного элемента, исследуемой среды, оптического квантового усилител , системы зеркал и оптической линии задержки, св зан с источником пробного линейно пол ризованного импульсного пучка когерентного света, а выход - с блоком анализа врем пол ризационной характеристики квантового рециркул тора .This is achieved by the fact that, in the device being offered, the output of a quantum recirculator formed by an annular switched on semitransparent reflector, a compensation element, the medium under study, an optical quantum amplifier, a mirror system and an optical delay line is connected to a source of a probe linearly polarized pulsed beam of coherent light, and the output is with the analysis unit the time of the polarization characteristic of the quantum recirculator.

I...I ...

Устройство отличаетс  также тем, что в нем блок анализа (врем -пол ризационной характеристики квантового рециркул тора содержит два фотоэлектронных преобразовател  и широкополосное двухдорожечное устройство магнитной записи; вход первого фотоэлектронного преобразовател  св зан с выходом квантового рециркул тора непосредственно , а вход второго - через анализатор пол ризации; выход первого фотоэлектронного преобразовател  подключен на вход первой дорожки устройства магнитной записи и на один из входов схемы совпадений, а выход второго фотоэлектронного преобразовател  подключен через пороговую схему па другой вход схемы совпадений причем выход последней подключен на вход второй дорожки устройства магнитной записи.The device also differs in that it contains an analysis unit (the time-polarization characteristic of a quantum recirculator contains two photoelectronic converters and a wide-band two-track magnetic recording device; the input of the first photoelectric converter is connected to the output of the quantum recirculator, and the input of the second through the field analyzer the output of the first photoelectric converter is connected to the input of the first track of the magnetic recording device and to one of the inputs of the coincidence circuit, and second photoelectronic transducer is connected via a threshold circuit pas other input of the coincidence circuit with the output of the latter is connected to the input of the second track of the magnetic recording device.

Claims (2)

Кроме того, предлагаемое устройство о-рличаетс  тем, что в нем анализатор пол ризации представл ет собой преобразованный интерферометр Майкальсона, настроенный пп гашение света в центре интер4)еренциониой картины, в оптических ветв х которого усгпновлены пол ризационные элементы, например призмы Никол , главные плоскости по; л ризадии которых повернуты относительно : главной плоскости пол ризатора источника j пробного линейно-пол ризованного импульсЦного пучка когерентного света на углы 4 5° соответственно д аправлени х правого и левЬго кругов.На чертехсе изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из трех взаимно св  занных частей: квантового рециркул гора с исследуемой средой, источника пробного ли- нейно-пол риаованного импульсного пучка когерентного света и блока анализа врем пол ризационной характеристики квантового рециркул тора с долговременным запоминающим устройством. Квантовый рециркул тор содержит соединенные оптически в петлю обратной св зи полупрозрачный отражатель 1 с большим ко эффициентом отражени  и малым пропусканием , компенсационный элемент 2, исследуемую среду 3 (кювета с исследуемой жидкостью , газом или образец твердого тела) с источником стороннего возмущени  4, оптический квантовый усилитель 5 с источником накачки 6 непрерывного действи , зеркало 7 и оптическую линию задержки 8, образованную удаленными от основной части квантового рециркул тора зеркалами 9 и 1О Оптически ортогональные вход и выход кван тового рециркул тора образованы полупрозрачным отражателем 1. Источник пробного линейно-пол ризованного импульсного пучка когерентного света состоит из оптического квантового генератора и режиме модулированной добротности (на основе вращающейс  призмы), активного или пассивного затворов 11с источником накачки 12 и пол ризатора 13. Источник вырабатывает одиночный импульс света , длительность которого существенно мень ше времени запаздывани  в цепи обратной .св зи квантового рециркул тора, Блок анализа врем -пол ризационной харак теристики квантового рециркул тора содержит два фотоэлектронных преобразовател  14 и 15 например фотоэлектронных умножител , перный из которых оптически св зан через частично отражающую наклонно установле П1ую прозрачную пластинку 16 с выходом кван тового рециркул тора, а второй св зан с ;квант)вым роциркул тором через анализатор пол ризации. Последний представл ет собой интерферометр Майкельсо ш, собранный на полупрозрачном зеркале 17 с равными коэ (|зфициентами отражени  и пропускани , зеркалах 18 и 19, компенсирующей пластине 20 и диафрагме 21, ограничивающей поле ин- терференционной картины вн ее центргу причем в оптических ветв х интерферометра установлены пол ризационные элементы, например призмы Никол  или дихроическиепленки 22 и 23, главные плоскости пол ризации которых развернуты относительно главной плоскости пол ризатора 13 на углы 45° соответственно в направлении правого и лево- го кругсе. Кроме того, блок анализу включает соединенную с выходом фотоэлектронного преобразовател  15 пороговую схему 24 (ограничитель по минимуму), схему совпадений 25, первый вход которой подключен к выходу пороговой схемы, и широкополосное двухдорожечное устройство магнитной записи 26 (видеомагнитофон), первый записывающий вход которого подключен к выходу первого фотоэлектронного преобразовател  14 и  вл етс  каналом меток времени (синхроимпульсов), а второй записывак ший вход св зан с выходом схемы совпадений и  вл етс  каналом меток периодически следующих врем -пол ржзанионных групп импульсов. Дл  начальной настройки прибора используетс  малопрозрачный экран 27, ослабл к щий интенсивность светового потока с выхода квантового рециркул тора. При этом производитс  настройка анализатора пол ризации по однократным импульсам оптического квантового генератора, непосредственно отражаемым от полупрозрачного отражател  1 квантового рециркул тора. Устройство работает следующим образом. Пусть при определенной ситуации выхода источника пробного линейно пол ризованного импульсного когерентного света возникает короткий цуг волн длительностью t j , плоскость пол ризации которого определ етс  пол ризатором 13 и обозначаетс  углом Ф Больша  часть энергии светового импульса отражаетс  от полупрозрачного этражател  1 в сторону блока анализа врем -пол риза- : ционной характеристики квантового рецирку- л тора и после воздействи  на фотоэлектронный преобразователь 14 приводит к соответствующей исходной отметке времени на первой магнитной дорожке видеомагнитофона 26. Меньща  часть энергии пробного им- пульса проходит через полупрозрачный oipaжатель 1 с малым пропусканием, при этом цуг волн пробного импул1х:а многократно ободит контур петли обратной св зи квантового рециркул тора, зондиру  вс кий раз помещенную в последнем исследуемую оптически активную среду. В отсутствие оптического вантового усилител  5 в co.:rai3e квантового рециркул торл потери циркулируюиюго в нем цуга волн ка поглощение и исслоду мий реде, оптичс.чжой линийзодор/кки, компснcauacHHOM элементе, на частичную расходимость луча, на отражение в зеркалах и на частичное пропускание полупрозрачного отражател  1 привели бы к быстрому затуханию цуга, а число актов взаимодействи  пробного пучска света с исследуемой средой было бы невелико. Поэтому дл  компенсации всех указанных потерь примен е-тс  оптический квантовый усилитель 5 непрерывного действи , настроенный на частоту несущих колебаний пробного импульса света. Коэффициент усилени  в оптическом усилителе 5 может быть вз т большим обратной величины коэффициента передачи кван тового редиркул тора в отсутствие усилител Это приведет к стабилизации уровн  циркули рующего в редиркул торе цуга. Дл  того, чтобы цуг волн воздействовал на оптический квантовый усилитель вс кий раз как отдельный импульс, необходимо выбрать врем  задержки в оптической линии задержки 8 много большим длительности пробного импульса T uatj,. При этом в рециркул торе будут от сутствовать  влени  наложени  световых потеков , в паузах между импульсами циркул дни состо ние оптического квантового усилител  будет восстанавливатьс  до исходного, а сам рециркул тор будет работать в жестком режиме возбуждени . Восстановление свойств оптического кван гового усилител  в паузах между смежными импульсами света необходимо, в частности, дл  реализации фундаментального свойства квантовых систем-сохранени  состо ни  по л ризации в выходном световом (усиленном) потоке по сравнению с состо нием пол ризации светового сигнала, поданного на вход квантового усилител . Нетрудно пон ть, что вращение плоскости пол ризации света в исследуемой оптически актианой среде 3 приведет к дискретным пе- пиодическим сдвигам (в одном и том же направлении ) плоскости пол ризации в циркулирующем импульсном световом потоке Так, если при однократном прохождении линейно пол ризованного светового импульса с исходной плоскостью пол ризации через исследуемую среду 3 плоскость пол ризации вышедшего из этой среды света поворачиваетс  на малый угол oL , то при учете, что за каждый акт циркул ции на выходе кван тового рециркул тора с выхода полупрозрачного отражател  1 возникает импульс света, состо  ше пол ризации указанной выходной светоимпульсной последовательности описыйаотс  очевидной дискретной по времени функ f LcC) L , 1, 2..,, ii - номер циркул ции I t - текущее врем ; tr - период следовани  выходных импульсов рециркул тора, равный времени задержки в оптической линии 8 (учитывающей задержку во всей петле рециркул тора ); знак плюс или минус определ ю тс  направлением вращени  плоскости пол ризации света в исследуемой среде 3; символ Erit означает целую часть от аргумента Следовательно, на выходе квантового рециркул тора при подаче на его вход однократного пробного линейно пол ризационного импульса образуетс  периодическа  последовательность квазистационарных импул1гсов света с дискретно и монотонно измен к цейс  пол ризацией. Каждый из этих импульсов вызывает соответствующие временные отметки на первой записывающей дорожке устройства магнитной записи 26 после воздействи  на фотоэлектронный преобразователь 14. Поскольку первый импульс записи при t 0 ( i 0) поступает на фотоэлектронный преобразователь 14 непосредственно от источника пробного пульса, претерпев одно отражение от хорощо отражающего полупрозрачного отражател  1, то он $шл етс  более мощным, чем импульсы рюциркул - ции (дл  i 1, 2, 3). Это обеспечивает надежную прив зку за описываемой на второй дорохже (синхронно) полезной информации о величине оптической активности исследуемой среды к моменту времени, соответствующему началу отсчета ( t О). Основна  дол  энергии последсжательности выходных световых импульсе квантового рециркул гора воздействует на фотоэлектронный преобразователь 15 через анализатор пол ризации. Дл  увеличени  крутизны характеристики непропускани  анализатора пол ризации вблизи углов пол ризации подающего света, соответствующих гашению света на выходе анализатора пол ризации, схема последнего построена на базе преобразованного интерферометра Майкельсона, в оптических ветв х которого установлены пол ризационные элементы (например, призмы Никол ) 22 и 23, главные плоскости пол ризации которых характеризуютс  соответственно углами ТС It и ф Р 4 41 4 OZ О 4. Кикол   вл ютс  при этом скрещенными одна по отношению к другой. При разности хода интерферирующих лучей А , составл ющей нечетное число полуволн световых колебаний Д- (2К+1), где К О,1,2... целое число; ° V - частота несущих колебаний света, интенсивность потока в центре интерференционной картины, выде- л емой с помощью диафрагмы 21, может быть найдена из выражени  Эв«т ., где Э - коэффициент потерь интенсивность света на выходе квантового редиркул тора дл  1-ой циркул дии. Полага  фотоэлектронный преобразователь линейным, на выходе будем иметь посхюдовательность электрических импульсов длительностью t (без учета  воюний дисперсии в квантовом рециркул торе ) , с периодом следовани  Т и амплитудой, измен ющейс  по закону О; YCt)U uin iZoCE tt-3i, где Но - наибольша  амплитуда в импульсной последовательности i 1,2,3...; V(t) функци  определений амплитуд импульсов в выходной последовательности фотоэлектрон ного преобразоваа ел  15, определ ема  npt цессами установлени  квазистационарного режима в квантовом рациркул торе (дл  ста ционарного процесса функци  . Y tt) - посто нный мнонсителъ). ь тек - Так, UL О , -п Сif -где Ks 0,1,In addition, the proposed device is characterized by the fact that in it the polarization analyzer is a converted Michalons interferometer, configured to suppress light in the center of the interception pattern, the optical elements of which are polarized Nikol, the main plane by; The shafts of which are rotated relative to: the main plane of the source polarizer j of the probe linearly polarized pulsed beam of coherent light at angles of 4-5 °, respectively, for the right and left-left circle directions. The figure shows the block diagram of the proposed device. The device consists of three interconnected parts: a quantum recirculated mountain with the medium under study, a source of a probe linear-polar riled pulsed beam of coherent light, and an analysis unit the time of the polarization characteristic of a quantum recirculator with a long-term memory device. The quantum recirculator contains a translucent reflector 1 with a high reflectance and low transmission, a compensation element 2, a test medium 3 (a cuvette with a liquid, a gas or a sample of a solid body) optically coupled with an external perturbation source 4, an optical quantum amplifier 5 with a pumping source 6 of continuous action, a mirror 7 and an optical delay line 8 formed by mirrors 9 and 1 O which are distant from the main part of the quantum recirculator are optically orthogonal the input and output of the quantum recirculator are formed by a semitransparent reflector 1. The source of a probe linearly polarized pulsed beam of coherent light consists of an optical quantum generator and a modulated Q mode (based on a rotating prism), active or passive gates 11c with a pump source 12 and a polarizer 13 The source produces a single pulse of light, the duration of which is significantly less than the delay time in the feedback circuit of the quantum recirculator. The time-field analysis unit The quantum characteristics of the quantum recirculator contain two photoelectric converters 14 and 15, for example, photoelectronic multipliers, the first of which are optically connected through a partially transparent obliquely installed P1 transparent plate 16 with the output of the quantum recirculator, and the second is connected to the quantum cycler; through the polarization analyzer. The latter is a Michelsów interferometer assembled on a translucent mirror 17 with equal coefficients (reflection and transmission factors, mirrors 18 and 19, a compensating plate 20 and a diaphragm 21 that bounds the field of the interference pattern inside its center and in the optical branches of the interferometer polarization elements are installed, for example, Nichol prisms or dichroic films 22 and 23, the main polarization planes of which are turned relative to the main plane of the polarizer 13 at 45 ° angles, respectively, in the direction n In addition, the analysis unit includes a threshold circuit 24 connected to the output of the photoelectric converter 15 (minimum limiter), a coincidence circuit 25, the first input of which is connected to the output of the threshold circuit, and a wide-band two-track magnetic recording device 26 (video recorder ), the first recording input of which is connected to the output of the first photoelectric converter 14 and is the channel of time stamps (clock pulses), and the second recording input is connected with the output of the coincidence circuit and is channel labels are periodically following time -gender rzhzanionnyh pulse groups. For the initial setup of the device, a low-transparent screen 27 is used, attenuating the intensity of the light flux from the output of the quantum recirculator. In this case, the polarization analyzer is tuned by single pulses of the optical quantum generator, directly reflected from the translucent reflector 1 of the quantum recirculator. The device works as follows. In a certain situation, let the source of the probe linearly polarized pulsed coherent light emerge a short wave train with duration tj, the polarization plane of which is determined by the polarizer 13 and denoted by the angle Ф Most of the light pulse energy reflects from the translucent reflector 1 towards the time-field analysis unit performance of the quantum recirculator and after acting on the photoelectric converter 14 leads to the corresponding initial time mark on the transducer The magnetic track of the VCR 26. A small part of the energy of the test pulse passes through a semi-transparent oipazhatel 1 with low transmittance, while the train of test impulse waves: and repeatedly rims the loop of the feedback loop of the quantum recirculator, the probe is placed optically at the last time active environment. In the absence of an optical cable-stayed amplifier 5 in a co.:rai3e quantum recycle torl, the loss of the wavelet circulating in it is absorbed and absorbed by the optical fiber, the optical line / kki lineage, kompacncauacHHOM element, the partial divergence of the beam, the reflection in the mirrors and partial transmission a translucent reflector 1 would lead to a rapid attenuation of the train, and the number of acts of interaction of the test light beam with the test medium would be small. Therefore, to compensate for all of these losses, an e-tc optical quantum amplifier 5 of continuous action tuned to the frequency of the carrier oscillations of the light pulse is used. The gain in the optical amplifier 5 can be taken greater than the reciprocal of the transfer coefficient of the quantum redirculator in the absence of the amplifier. This will lead to stabilization of the level of the train circulating in the redirculator. In order for the wave train to act on an optical quantum amplifier as a separate pulse, it is necessary to select the delay time in the optical delay line 8 to be much longer than the duration of the test pulse T uatj ,. In this case, there will be no overlap of light streaks in the recirculation of the torus, in the pauses between the pulses of the circuits, the state of the optical quantum amplifier will be restored to its original state, and the recirculator will operate in a hard excitation mode. Restoration of the properties of an optical quantum amplifier in the pauses between adjacent light pulses is necessary, in particular, to realize the fundamental property of quantum systems — preservation of the polarization state in the output light (amplified) flux compared to the polarization state of the light signal applied to the input quantum amplifier. It is easy to understand that the rotation of the plane of polarization of light in the optically active medium 3 under study will lead to discrete periodic shifts (in the same direction) of the plane of polarization in the circulating pulsed light flux. So, if a linearly polarized light pulse passes once with the original plane of polarization through the medium under study 3, the plane of polarization of the light released from this medium rotates at a small angle oL, then taking into account that for every act of circulation at the output of the quantum recycle a translucent exit torus reflector 1 appears light pulse Chez polarization state of said output sequence svetoimpulsnoy opisyyaots apparent time-discrete function f LcC) L, 1, 2, .. ,, ii - number circulation I t - current time; tr is the period of follow-up of the output pulses of the recirculator, which is equal to the delay time in the optical line 8 (taking into account the delay in the entire loop of the recirculator); the plus or minus sign is determined by the direction of rotation of the plane of polarization of light in the studied medium 3; the symbol Erit denotes the integer part of the argument. Consequently, when a single linear linear polarization pulse is applied to its input, a periodic sequence of quasistationary light impulses is formed with discrete and monotonous change to creep polarization. Each of these pulses causes corresponding time marks on the first recording track of magnetic recording device 26 after acting on photoelectric converter 14. Since the first recording pulse at t 0 (i 0) goes to photoelectric converter 14 directly from the source of the probe pulse, having undergone one reflection from reflecting translucent reflector 1, it is more powerful than ripple pulses (for i 1, 2, 3). This provides a reliable binding for the useful information described on the second level (synchronous) about the optical activity of the medium under study to the point in time corresponding to the origin (t O). The main part of the energy of the sequence of the output of the light pulse of a quantum recycle is that the mountain acts on the photoelectric converter 15 through a polarization analyzer. To increase the steepness of the non-transmission characteristic of the polarization analyzer near the polarization angles of the input light, corresponding to the light quenching at the output of the polarization analyzer, the latter is based on a converted Michelson interferometer, in which optical polarization elements (for example, Nicol prisms) 22 and 23, the principal planes of polarization of which are characterized respectively by the angles TC A and F P 4 41 4 OZ O 4. The Kikol are then crossed with one another. When the difference in the course of the interfering beams A is an odd number of half-waves of light oscillations D- (2K + 1), where KO, 1.2 ... is an integer; ° V is the frequency of the carrier oscillations of light, the intensity of the flux in the center of the interference pattern, extracted with the help of a diaphragm 21, can be found from the expression EV "T., where E is the loss factor, the intensity of light at the output of the quantum redirculator for the first circulating diy The photoelectron converter is linear, the output will be a sequence of electric pulses of duration t (without warring dispersion in a quantum recirculation torus), with a period of following T and an amplitude varying according to the law O; YCt) Uin iZoCE tt-3i, where Ho is the largest amplitude in the pulse sequence i 1,2,3 ...; V (t) is the function of determining the amplitudes of the pulses in the output sequence of the photoelectric transducer 15, defined by npt the processes of establishing a quasistationary mode in a quantum caliper (for the stationary process function Ytt) is a constant multiplier). ь tech - So, UL Oh, -n Cif-where Ks 0,1, 2... N, причем Ы +1 - полное число нулевых отметок на выходе фотоэлектронного преобразовател  15 за врем  анвглиза A-tsnt циркулирующего светоимпульс ного потока с монотонно-ступенчатым изменением угла плоскости пол ризации, а величина л - число циркул ции пробного импульса в квантовом рециркул торе. Определение искомого угла вращени  oL плоскости пол ризации света при одн«жра ном прохождение: его через исследуемое вещество ПОЙ этом сводитс  к выбору такого дл  ко- интервала времени анализа . эктов циркул ции   ТОрО(-0 ЧИСЛО отношение чисел N как цеопределка к последующему подсчету за Д i. чисел в. и N , так что ci- окончательно имеем вураже- Д1Ш уг. iiiie /..-UN/a-n. Реализаций услови  аелочисленности ношени  в / N и подсчет соответ гвующих числе 13 и N могут быть осуществлены сопоставлением результатов двух синхронных записей импульсных сигнале в видеомагнитофоне 26. Дл  повышени  надежност сат:екщга чксла U сигнал с выхода фотоэлектронного преобразовател  15 подаетс  на пороговую схему 24 (ограничитель по минимуму) с порогом ограничени  Иогр 52 от5 определ емым среднеквадратичным уровнем шума Е и фотоэлектронного преобразовател  15 и задаваемым отношением полезный сигнал-шум Р , то есть Uorp PV Тогда на выходе пороговой схемы возникает периодическа  последовательность импульсов о периодически повтор ющимис  пропусками групп импульсов, амплитуды которых ниже порогового уровн  .Те из импульсов, амплитуды которых выше порогового уровн  ОI Uozp усиливаютс  и нормализуютс  по амплитуде в формирующем усилителе пороговой схемы 24, поэтому число N просто определ етс  числом пропусков групп импульсов в записи на второй магнитной дорожке магнитофона 26. Дл  псйышени  помехоустойчивости импульсы записи на вторую дорожку подаютс  через схему совпадений. Пра этом исключаютс  ложные записи от помех и синхронизируетс  запись импульсных последовательностей на обеих записывающих дорожках магнитофона (схема совпадений 25 при этом осуществл ет оптимальную обработку полезной записываемой информации). Число записей на первой магнитной дорожке ti , соответствующее найденному значению N нулевых (пропущенных) групп импульсов, может быть уточнено путем определени  центра N -ой нулевой группы. Дл  этого достаточно вз ть среднее арифметическое двух чисел (ri j j n- -ri iuiKc где и д,„нГ число импульсов, записанных на первой дорожке и приход щихс  на начало N -ой нулевсш группы (по отметкам на второй дорожке); .с импуль сов , записанных на первой дорохске и приход щихс  на конец N -ой нулевой группы (также по отметкам второй дорожк ). Очевидно , что точность в определении центра N -ой кулевой группы увеличиваетс  прт снижении числа импульсов в группе, дл  чего следует выбирать уровень ограничени  в пороговой схеме 24 существенно низким по сравнению с амплитудой импульсов з максимуме , то есть UOZP UO. При этом предельна  точность отсчета угла oL определ етс  лишь уровнем шума фотоэлектронного преобразовател  15, а также числом циркул ции а. Так, при учете только числа циркул ции л относительна  погрещность измере- цр  угла вращени  oi. имеет вид a(t/2n. Дл  определени  вли ни  шума фотоэлектронного преобразовател  15 на точность отсчета угла оС необходимо задатьс  законом распределени  шумового сигнала и полосой пропускани  канала записи, а затем найти среднее число выбросов шума в единицу времени , амплитуды кoтopыxJпpeвышaют задан:ный пороговый уровень ХГозр и, оценить веро тность совпадени  йо влени  этих выбросов и моментов записи импульсов по первой дорожке (поскольку на второй до рожке записываютс  только совпадающие по времени импульсы с импульсами, записываемыми на первой дорожке). Кроме того, следует учитывать совпадени  не дл  всех выI бросов, а только дл  той группы выбросов, , которые дают непрерывную запись на второй дорожке после того, как в действительности , наступает N -а  нулева  группа импульсов , а также дл  той группы выбросе, которые дают непрерывную запись на второй дорожке до того, как в действительности оканчиваетс  N -а  нулева  группа. Веро тность таких совместных событий ничтожно мала, поэтому дл  не очень больщего числа tl (до нескольких дес тков тыс ч ) можно считать, что погрещность в измерении угла вращени  cL практически целиком определ етс  числом учитываемых циркул ции п пробного импульса. Таким образом, измер емый угол вращеии  плоскости пол ризации ot дл  исследуемой среды 3 при ее однократном проходе определ етс  из неравенства. Полага  n л. 1 и оптическую длину ере- -ды 3 равной L , легко вычислить величину, iудельного вращени  среды в виде X TrN/2n L На .основе предложенного устройства мож но осуществл ть диагностику оптической активности малоактивных сред, дл  которых существующие методы измерени  оптической активности оказываютс  непригодными изза их недостаточной чувствительности и точности . Кроме того, данным прибором можно обнаруживать и измер ть весьма малые воэмущени  величины оптической активности оптически активных сред со средней и даже высокой оптической активностью. Однако дл  компенсации начальной (до возмущени ) величины оптической активности этих сред сле дует примен ть дополнительные компенсационные Элементы (2), обладающие оптической активностью с обратным направлением вращени  плоскости пол ризации (по отношению к направлению вращени  в исследуечТой среде) на угол, равный исходному угл враг , Гшёнй  гаГОсКС сти полйризании в исйледуемок Среде в отсутствие ее возмущени  от какого-либо источника возмущени  4 (теплового, электрического, магнитного, механического и т.д.). Так, можно в качестве компенсационного элемента 2 использовать пластину правовращающего кварца, а в качестве исследуемой среды - пластину левоврДщающего кварца, так что в исходном сОсто нии вращение плоскостр пол ризации в квантовом редиркул торе практически не обнаруживаетс . Затем воздействовать каким-либо возмущением на исследуемую среду - левовращающую пластину кварца - и оценить величину по вивщейс  дополнительной, искусственно инициируемой оптической активности в среде 3 по вьГшёЬписанной методике, как дл  исследовани  малоактивных сред. Если точна  компенсаци  исходного значени  -оптической активности исследуемой среды затруднена, то дл  определени  компоненты оптической активности исследуемой среды, об занной возмущению последней, не- обходимо произвести два замера: один - дл  определени  угла вращени  oL совокупности компенсационного элемента 2 и невозмущенной среды 3, а другой .- дл  определени  угла вращени  oL той же совокупности; но при наложении на среду 3 возмущени . При этом дополнительный угол вращени  cf. св занный с возмущением среды 3, определитс  из простого выражени  oi.. с.2 - о«..ц. Формула изобретени  Устройство дл  диагностики оптически активных сред, содержащее пол ризатор, о т- личающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерени  оптической активности в мало 1ктивных средах, а также регистрации малых изменений оптической активности сред, возмуш ае- мых факторами различной физической природы , -ОНО снабжено квантовым рециркул тором, образованным кольцевым включением полупрозрачного отражател , компенсационного элемента, оптического квантового усилител , системы зеркал и оптической линии задержки , причем, вхбд квантового рециркул тора св зан с источником ли ейно пол ризованного импульсного пучка когерентного спета, а выход - с блоком анализа врем -пол рисзационной характеристики квамгового рециркул тора .2 ... N, and Ы +1 is the total number of zero marks at the output of the photoelectric converter 15 during the A-tsnt angular momentum of the circulating light-impulse flow with a monotonic step change in the angle of the polarization plane, and the quantity l is the number of test pulse circulated in quantum recycle torus. Determining the desired angle of rotation oL of the plane of polarization of light during one passage: it passes through the substance under study and thus reduces the choice of such for the time interval of the analysis. TORO circulation patterns (-0 NUMBER the ratio of N as a ceridec to the subsequent calculation for D i. numbers in. and N, so that ci we finally have vurazhe-D1Sh corner. iiiie /..-UN/an. Realizations of the condition of the number in / N and the counting of the corresponding numbers 13 and N can be carried out by comparing the results of two synchronous recordings of the pulsed signal in the video recorder 26. To increase the reliability of the sat: U signal, the signal from the output of the photoelectric converter 15 is supplied to the threshold circuit 24 (minimum limiter) with threshold limit io Gr 52 ot5 is determined by the rms noise level E and the photoelectric converter 15 and is set by the desired signal-to-noise ratio P, i.e. Uorp PV Then a periodic pulse sequence occurs at the output of the threshold circuit with periodically repeated gaps of pulse groups whose amplitudes are lower than the threshold level. of the pulses, the amplitudes of which are higher than the threshold level OI Uozp are amplified and normalized in amplitude in the shaping amplifier of the threshold circuit 24, therefore the number N is simply determined by the number prop of the pulse groups in the recording on the second magnetic track of the tape recorder 26. In order to increase the noise immunity, the recording pulses on the second track are fed through a coincidence circuit. This eliminates spurious noises from recordings and synchronizes the recording of pulse sequences on both recording tracks of a tape recorder (the coincidence circuit 25 at the same time performs the optimal processing of useful recorded information). The number of records on the first magnetic track ti, corresponding to the found value of N zero (skipped) pulse groups, can be refined by determining the center of the Nth zero group. To do this, it is enough to take the arithmetic average of two numbers (ri jj n- -ri iuiKc where and d, ng the number of pulses recorded on the first track and occurring at the beginning of the Nth null group (by marks on the second track); .c pulses recorded in the first Dorokhsk and falling on the end of the N th zero group (also according to the marks of the second track). Obviously, the accuracy in determining the center of the N th cool group increases as the number of pulses in the group decreases, for which the level the limitations in threshold scheme 24 are substantially lower than with the amplitude of the pulses from the maximum, that is, UOZP UO. In this case, the limiting accuracy of the angle oL is determined only by the noise level of the photoelectric converter 15, as well as the circulation number a. So, taking into account only the circulation number l, the relative error of the angle rotation oi. has the form a (t / 2n. To determine the effect of photoelectric converter 15 noise on the oC angle accuracy, the law of the noise signal and the recording channel bandwidth must be specified, and then the average number of noise emissions into one Itza time specified amplitude kotopyxJppevyshayut: ny HGozr threshold level and to evaluate the probability of coincidence yo detecting these pulses and emission moments along the first recording track (as the second horn is recorded to only coinciding in time with the pulses of pulses recorded on the first track). In addition, it is necessary to take into account coincidences not for all of your shots, but only for that emission group, which give continuous recording on the second track after the N-zero zero pulse group actually occurs, as well as for that emission group give a continuous recording on the second track before the N-null group actually ends. The probability of such joint events is negligible, therefore, for a not very large number tl (up to several tens of thousands of hours), it can be considered that the error in measuring the angle of rotation cL is almost entirely determined by the number of circulating n test pulses. Thus, the measured angle of rotation of the plane of polarization ot for the medium 3 under its single passage is determined from the inequality. Pola n l. 1 and the optical length of the Pre-IS 3 is equal to L, it is easy to calculate the value of i-rotation of the medium in the form of X TrN / 2n L On the basis of the proposed device, it is possible to diagnose the optical activity of low-active media for which existing methods of measuring optical activity are unsuitable due to their lack of sensitivity and accuracy. In addition, this device can detect and measure very small variations in the magnitude of the optical activity of optically active media with medium and even high optical activity. However, to compensate for the initial (before disturbance) magnitude of the optical activity of these media, additional compensation Elements (2) should be used that have optical activity with a reverse direction of rotation of the polarization plane (relative to the direction of rotation in the test medium) by an angle equal to the initial angle the enemy, Gsheny hagosks of polymerization in the environment followed in the absence of its perturbation from any source of perturbation 4 (thermal, electric, magnetic, mechanical, etc.). Thus, it is possible to use a right-rotating quartz plate as a compensation element 2, and a left-handed quartz plate as a test medium, so that in the initial state the plane-polarization rotation is practically not detected in the quantum redirector. Then, apply any disturbance to the medium under study - the left-handed quartz plate - and estimate the magnitude of the increasing additional, artificially initiated optical activity in medium 3 using the above-described method, as for the study of low-active media. If accurate compensation of the initial value of the optical activity of the medium under study is difficult, then to determine the component of the optical activity of the medium under study, the latter must be disturbed, two measurements must be made: one to determine the rotation angle oL of the combination of the compensation element 2 and the unperturbed medium 3, and the other .- to determine the angle of rotation oL of the same set; but when imposing 3 disturbances on the medium. At the same time, the additional rotation angle cf. associated with the perturbation of medium 3, is determined from the simple expression oi. p.2 - o. Claims of the Invention A device for diagnosing optically active media containing a polarizer, which is characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy of measuring optical activity in low active media, as well as registering small changes in the optical activity of media, various factors physical nature, -ONO is equipped with a quantum recirculator formed by the annular inclusion of a translucent reflector, a compensation element, an optical quantum amplifier, a system of mirrors and an optical ns delay, and, recycling vhbd quantum torus associated with whether eyno floor polarized pulsed beam source of coherent sung, and output - with time analyzing unit -gender riszatsionnoy characteristics kvamgovogo recycle torus.
SU1324669A 1969-04-08 1969-04-08 Device for diagnostics of optical active media SU521455A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU1324669A SU521455A1 (en) 1969-04-08 1969-04-08 Device for diagnostics of optical active media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU1324669A SU521455A1 (en) 1969-04-08 1969-04-08 Device for diagnostics of optical active media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU521455A1 true SU521455A1 (en) 1976-07-15

Family

ID=20445509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU1324669A SU521455A1 (en) 1969-04-08 1969-04-08 Device for diagnostics of optical active media

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU521455A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107907980A (en) * 2017-12-06 2018-04-13 南京大学 A kind of interferometer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107907980A (en) * 2017-12-06 2018-04-13 南京大学 A kind of interferometer
CN107907980B (en) * 2017-12-06 2019-04-23 南京大学 A kind of interferometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nafie et al. Theory of high frequency differential interferometry: application to the measurement of infrared circular and linear dichroism via Fourier transform spectroscopy
US5247176A (en) Infrared laser polarimeter
CN109029246A (en) Dynamic frequency scanning interfeerometry ranging system and distance measuring method based on optics frequency dividing locking phase gamma correction
Disch et al. Apparent circular dichroism of oriented systems
CN107219191B (en) Oblique incidence light reflection difference device based on Fourier transform
SU521455A1 (en) Device for diagnostics of optical active media
CN101799332B (en) Ultra-short pulse diagnostic method based on molecular arrangement and orientation
US3481671A (en) Apparatus and method for obtaining optical rotatory dispersion measurements
CN110567883A (en) System for measuring Mueller matrix spectrum in real time and measuring method thereof
EP0080540A1 (en) Method and apparatus for measuring quantities which characterize the optical properties of substances
Vishnyakov et al. Measuring the angle of rotation of the plane of polarization by differential polarimetry with a rotating analyzer
US3886333A (en) Method of evaluating the precision of cross-spectral density measurements of random noise
JP2713190B2 (en) Optical property measuring device
US4762418A (en) Angle-of-optical-rotation variation measuring apparatus
CN108680578A (en) A kind of detecting system and method for multispectral frequency division multiplexing
Johnston A polarimeter for measurement of transient retardation changes
SU1469390A1 (en) Photoeldectric method of measuring birefringence in optically transparent materials
SU1045167A1 (en) Substance dielectric constant measuring device
SU1640542A1 (en) Transparent specimen optical anisotropy determination method
RU1772087C (en) Device for measurement of residual stress in glass
SU1186961A1 (en) Photometer
RU1441917C (en) Method of correlation analysis of gases
SU974113A1 (en) Polarimeter
SU1762195A1 (en) Gas analyzer
SU1656342A1 (en) Microspectrophotometer-fluorimeter