SU958922A1 - Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals - Google Patents

Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals Download PDF

Info

Publication number
SU958922A1
SU958922A1 SU802953749A SU2953749A SU958922A1 SU 958922 A1 SU958922 A1 SU 958922A1 SU 802953749 A SU802953749 A SU 802953749A SU 2953749 A SU2953749 A SU 2953749A SU 958922 A1 SU958922 A1 SU 958922A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
sample
wedge
birefringence
light beam
plane
Prior art date
Application number
SU802953749A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иосифович Бредихин
Станислав Петрович Кузнецов
Михаил Афанасьевич Новиков
Original Assignee
Институт прикладной физики АН СССР
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 Институт прикладной физики АН СССР filed Critical Институт прикладной физики АН СССР
Priority to SU802953749A priority Critical patent/SU958922A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU958922A1 publication Critical patent/SU958922A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ(54) DEVICE FOR MEASURING THE INHOMOGENEITIES OF TWO-APPEARANCE IN CRYSTALS

Изобретение относитс  к измерени м в оптике и может быть использованс, например , при исследовании качества оптических элементов, изготавливаемых из кристаллов и примен емых в нелинейной оптике. Дл  измерени  неоднородностей показател  преломлени  оптических элементов может быть использован интерферометр Тваймана-Грина . содержащий источник монохроматического света, пол ризатор, оптическую систему из двух зеркал и полупрозрачной пластины, а также геристратор 1. Недостатками этого интерферометра  вл ютс  повышенные требовани , предъ вл емые к качеству примен емых в нем зеркал , а также сложность конструкции, обусловленна  многоэлементностью оптической системы и необходимостью защиты ее от вибраций и темп эатурных градиентов. Известно более простое по конструкции устройство, содержащее оптически св занные источник монохроматического света, пол ризатор, кристаллический клин, анализатор и регистратор. Клин выполнен из кварца,  вл ющегос  оптически активным одноосным кристаллом, а оптическа  ось клина параллельна одной из его рабочих граней 2. Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность измерени , обусловленна  фиксированной ориентацией интерференционных полос относительно исследуемого образца. Это затрудн ет обнаружение и оценку величины неоднородностей двулучепреломлени . Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство, которое содержит оптически св занные источник монохроматического света, пол ризатор, кристалический клин, анализатор и регистратор. Клин выполнен из оптически неактивного одноосного кристалла , а его оптическа  ось ориентирована к грани под углом, превышающим угол между гран ми клина. Это позвол ет вращением клина вокруг его оптической оси установить наиболее удобное дл  измерений положение интерференционной картины, что обеспечивает повышение точности измере .ни  3. Недостатком известного устройства  вл етс  то, что с его помощью можно исследовать лишь кристаллические образцы, оптическа  ось которых параллельна рабочим гран м. Этот недостаток св зан с расходимостью светового пучка, так как в реальных услови х сформировать нараллельньш пучок света практически невозможно. Вследствие этого различные лучи светового пучка вход т в исследуемый образец под различными углами и имеют разные показатели преломлени  необыкновенных лучей. Это приводит к искажению интерференционной картины. Если оптическа  ось параллельна рабочим гран м образца, зависимость показател  преломлени  от направлени  распространени  мала и незначительное искажение интерференционной картины не мешает измерению неоднородностей двулучепреломлени . В случае произвольной ориентации оптической оси относительно рабочих граней исследуемого образца расходимость светового пучка приводит к такому искажению интереференционной картины, что становитс  невозможным измерение неоднородностей двулучепреломлени .The invention relates to measurements in optics and can be used, for example, in studying the quality of optical elements made of crystals and used in nonlinear optics. A Twiman-Green interferometer can be used to measure irregularities in the refractive index of optical elements. containing a source of monochromatic light, a polarizer, an optical system of two mirrors and a translucent plate, as well as a hysteristor 1. The disadvantages of this interferometer are the increased requirements placed on the quality of the mirrors used in it, as well as the complexity of the design, due to the multiple elements of the optical system and the need to protect it from vibrations and the tempo of natural gradients. A device that is simpler in construction is known, which contains an optically coupled source of monochromatic light, a polarizer, a crystal wedge, an analyzer, and a recorder. The wedge is made of quartz, which is an optically active uniaxial crystal, and the optical axis of the wedge is parallel to one of its working faces 2. The disadvantage of this device is the low measurement accuracy due to the fixed orientation of the interference fringes relative to the sample under study. This makes it difficult to detect and estimate the magnitude of the birefringence irregularities. Closest to the invention is a device that contains an optically coupled monochromatic light source, a polarizer, a crystal wedge, an analyzer, and a recorder. The wedge is made of an optically inactive uniaxial crystal, and its optical axis is oriented to the face at an angle greater than the angle between the clinic face. This allows the rotation of the wedge around its optical axis to establish the most convenient for measuring the position of the interference pattern, which provides an increase in the accuracy of measurements 3. Or the disadvantage of the known device is that it can be used to investigate only crystalline samples whose optical axis is parallel to the working face. This disadvantage is associated with the divergence of the light beam, since it is practically impossible to form a parallel beam of light under real conditions. As a result, the various rays of the light beam enter the sample under study at different angles and have different refractive indices of unusual rays. This leads to a distortion of the interference pattern. If the optical axis is parallel to the working edges of the sample, the dependence of the refractive index on the direction of propagation is small and a slight distortion of the interference pattern does not interfere with the measurement of the birefringence inhomogeneities. In the case of an arbitrary orientation of the optical axis relative to the working faces of the sample under study, the divergence of the light beam leads to such a distortion of the interest pattern, which makes it impossible to measure birefringence inhomogeneities.

Цель изобретени  - обеспечение возможности измерени  неоднородностей двулучепреломлени  в кристаллических образцах с произвольно ориентированной оптической осью.The purpose of the invention is to make it possible to measure birefringence irregularities in crystalline samples with an arbitrarily oriented optical axis.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее оптически св занные источник монохроматического света, пол ризатор, кристаллический клин, выполненный из оптически неактивного одноосного кристалла, а также оптически св занные анализатор и регистратор, дополнительно введены плоское зеркало, светоделительна  пластина и клин из изотропного материала , установленный так, что совместно с основным клином он образует плоскопараллельную пластину, за коюрой расположено зеркало, при этом анализатор помещен на пути светового пучка, отраженного от светоделительной пластины, установленной за полиз тором.The goal is achieved in that a device containing an optically coupled source of monochromatic light, a polarizer, a crystal wedge made of an optically inactive uniaxial crystal, and an optically coupled analyzer and recorder are additionally introduced a flat mirror, a beam-splitting plate and a wedge of isotropic material installed so that, together with the main wedge, it forms a plane-parallel plate, behind the coyur there is a mirror, while the analyzer is placed in the path of the light UČKA reflected from the beamsplitter plate mounted for Polizim torus.

На чертеже изображена оптическа  схема устройства.The drawing shows the optical layout of the device.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 монохроматического света, пол ризатор 2, светоделительную пластину 3, плоскопараллельную пластину 4, состо щую из кристаллического клина 5 и изотропного клина 6, плоское зеркало 7, а также анализатор 8 и экран 9 в качестве регистратора, помещенные на пути отраженного от светоделительной пластины 3 светового пучка.The device contains successively located monochromatic light source 1, a polarizer 2, a beam-splitting plate 3, a plane-parallel plate 4 consisting of a crystalline wedge 5 and an isotropic wedge 6, a plane mirror 7, and an analyzer 8 and screen 9 as a recorder placed on the path reflected from the beam-splitting plate 3 light beam.

Кристаллический клин 5 вьшолнен из оптически неактивного одноосного кристалла. В общем случае оптическа  ось Z клина 5 ориентирована к грани под углом, превыщающим угол между гран ми клина. В варианте , изображенном на чертеже, ось Z перпендикул рна рабочей грани плоскопараллёльной пластинь 4. Изотропный клин 6The crystal wedge 5 is made of an optically inactive uniaxial crystal. In the general case, the optical axis Z of the wedge 5 is oriented to the face at an angle exceeding the angle between the faces of the wedge. In the variant shown in the drawing, the Z axis is perpendicular to the working face of the plane-parallel plates 4. Isotropic wedge 6

выполнен из материала с показателем преломлени  Пи, причем , где Пе- показатель преломлени  дл  необыкновенного луча, а По - показатель преломлени  дл  обыкновенного луча в клине 5. Плоскопараллельна  пластина 4 /установлена с возможностью вращени  вокруг оси Z . Плоское зеркало 7 установлено перпендикул рно оси формируемого источником 1 пучка света. Исследуемыйобразец 10 помещен между светоделительной пластиной 3 и плоскопараллельной пластиной 4, причем оптическа  ось Z образца лежит в плоскости колебаний клина 5 и составл ет с осью светового пучка угол 0.made of a material with a refractive index Pi, where, P is the refractive index for the extraordinary beam and Pau is the refractive index for the ordinary beam in the wedge 5. The plane-parallel plate 4 / is rotatably mounted around the Z axis. The flat mirror 7 is installed perpendicular to the axis of the light beam formed by the source 1. Test sample 10 is placed between the beam splitter plate 3 and the plane-parallel plate 4, and the optical axis Z of the sample lies in the plane of oscillation of the wedge 5 and makes an angle of 0 with the axis of the light beam.

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

Источник 1 формирует монохроматический квазипараллельный пучок света, отдельные лучи которого вследствие расходимости светового пучка наклонены к его оси под различными углами d..Source 1 forms a monochromatic quasi-parallel beam of light, the individual rays of which due to the divergence of the light beam are inclined to its axis at different angles d ..

Проход  через пол ризатор 2, пучокPass through polarizer 2, bundle

света приобретает линейную пол ризацию. Светоделительна  пластина 3 пропускает линейнопол ризованный пучок света, который далее попадает в исследуемый кристаллический образец 10. В образце 10light acquires linear polarization. The beam-splitting plate 3 transmits a linearly polarized beam of light, which then enters the crystal sample 10 under investigation. In sample 10

каждый луч пучка разлагаетс  на два ко-, герентных луча с взаимно перпендикул рными направлени ми пол ризации -, обыкновенный луч с показателем преломлени  п и необыкновенный, показатель преломлени  которого Пе ( 6 -f оС ) зависит от направлени  распространени  луча и определ етс  из соотношени each beam of the beam is decomposed into two co-, gergent beams with mutually perpendicular polarization directions - an ordinary ray with a refractive index and extraordinary, the refractive index of which Pe (6f ° C) depends on the direction of the beam propagation and is determined from the ratio

Ке(е + ---lo-J V п2 sin (е -ос) cos2 (в +-ot)Ke (e + --- lo-j v n2 sin (e -os) cos2 (in + -ot)

Vn sin2()-nZVn sin2 () - nZ

5 где 0 - угол между осью пучка света и оптической осью Z образца 10; П2 - главный показатель преломлени 5 where 0 is the angle between the axis of the light beam and the optical axis Z of the sample 10; P2 - the main index of refraction

дл  необыкновенного луча. ,Лучи распростран ютс  в образце 10 с различными скорост ми, вследствие чегоfor an extraordinary ray. The rays propagate in sample 10 at different speeds, as a result of which

между ними возникает разность фаз:between them there is a phase difference:

25 т г гг  25 t g yy

,,

ДУ 1 ПоDU 1 Po

где Л - длина волны света;where L is the wavelength of light;

5L -длина образца 10 вдоль луча5L - length of sample 10 along the beam

света.Sveta.

Claims (3)

Поскольку показатель преломлени  Пе(0+ of-) зависит от направлени  распространени  луча, разность фаз, приобретаема  каждой парой когерентных лучей, при прохождении через образец 10 различна. Наличие неоднородностей двулучепреломлени  в исследуемом образце 10 приводит к дополнительному изменению разности фаз между лучами. Клин 5 обеспечивает добавочный сдвиг фаз, линейно измен ющийс  по поперечному сечению пучка, а клин б, вследствие того, что п Пц п,компенсирует преломление светового пучка в клине 5. В результате пучок света после прохождени  через плоскопараллельную пластину 4 не мен ет своего первоначального направлени , т. е. ось пучка перпендикул рна зеркалу 7. Поэтому луч, распростран ющийс  при пр мом проходе через исследуемый образец 10 под углом (в + «А.) к оптической оси Z образца 10, при отражении от зеркала 7 распростран етс  в образце 10 под углом (G- о(-) к оси Z. Так как угол ot мал (формируемый источником 1 пучок света квазицараллельный) то выполн етс  соотношение (е.) Вследствие этого кажда  пара когерентных лучей при двойном проходе через образец 10 имеет одинаковый сдвиг фаз. Светоделительна  пластина 3 направл ет прошедший через образец 10 световой пучок на анализатор 8, который выдел ет из каждого луча компоненты с колебани ми, лежащими в плоскости его главного сечени . Эти колебани  интерферируют между собой и на экране 5 наблюдаетс  интерференционна  картина , представл юща  собой систему параллельных интерференционных полос с локальными изгибами. Полосы по вл ютс  вследствие сдвига фаз, вносимого клином 5, а локальные изгибы обусловлены фазовым сдвигом, возникающим из-за наличи  неоднородностей двулучепреломлени  в образце 10. Величина изгибов зависит не только от величины неоднородностей двулучпреломлени , но и от взаимной ориентации образца 10 и плоскопараллельной пластины 4. Вращением плоскопараллельной пластины 4 вокруг оси Z наход т такое положение вращающейс  на экране 9 системы интерференционных полос, при котором локальный изгиб полос имеет максимальную величину. Величину неоднородностей двулучепреломлени  определ ют по формуле d А.. ° 2L b где d - величина неоднородности двулу ,чепреломлени ; О. -величина максимального изгиба полосы; b -рассто ние между полосами. Таким образом, введение в устройство плоского зеркала, клина из изотропного материала и светоделительной пластины позвол ет устранить вли ние расходимости пучка света и обеспечить положительный эффектисследовать кристаллические образцы с произвольно ориентированной оптической осью. К достоинствам устройства относитс  также увеличение чувствительности измерений за счет двойного прохода светового пучка через исследуемый образец. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  неоднород-ностей двулучепреломлени  в кристаллах, содержащее оптически св занные источник монохроматического света, пол ризатор, кристаллический клин, выполненный из оптически неактивного одноосного кристалла, анализатор и регистратор, отличающеес  тем, что, с целью измерени  неоднорол,ностей двулучепреломлеии  в кристаллических образцах с произвольно ориентированной оптической осью, в него дополнительно введены плоское зеркало, светоделительна  пластина и клин из изотропного материала , установленный так, что совместно с основным клином он образует плоскопараллельную пластину, за которой расположено зеркало, при этом анализатор помещен на пути светового пучка, отраженного от светоделительной пластины, установленной за пол ризатором. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Борн М., Вольф Э. Основы оптики, Д ., «Наука, 1970, с. 333-337. Since the refractive index of Pe (0+ of-) depends on the direction of propagation of the beam, the phase difference acquired by each pair of coherent rays is different when passing through the sample 10. The presence of birefringence inhomogeneities in sample 10 under study leads to an additional change in the phase difference between the rays. Wedge 5 provides an additional phase shift, linearly varying across the beam cross section, and wedge b, due to the fact that n PC n compensates for the refraction of the light beam in the wedge 5. As a result, the light beam passing through the plane-parallel plate 4 does not change its original direction, i.e., the beam axis is perpendicular to the mirror 7. Therefore, the beam propagating during the direct passage through the test sample 10 at an angle (+ + Å) to the optical axis Z of the sample 10, when reflected from the mirror 7, propagates in sample 10 at an angle (G- o ( -) to the Z axis. Since the angle ot is small (the light beam is quasi-parallel formed by the source 1), the relation (e) is satisfied. As a result, each pair of coherent rays with a double pass through the sample 10 has the same phase shift. The beam-splitting plate 3 guides the transmitted through the sample 10, the light beam to the analyzer 8, which extracts components from each beam with oscillations lying in the plane of its main cross section. These vibrations interfere with each other and an interference pattern is observed on screen 5, which represents istemu parallel fringes with local bends. Bands appear due to a phase shift introduced by the wedge 5, and local bends are due to a phase shift caused by the presence of irregularities in birefringence in sample 10. The magnitude of bends depends not only on the magnitude of irregularities in birefringence, but also in the mutual orientation of the sample 10 and the plane-parallel plate 4. By rotating the plane-parallel plate 4 around the Z axis, one finds a position of the interference fringes rotating on the screen 9 such that the local bending of the fringes has a maximum value. The magnitude of the birefringence inhomogeneities is determined by the formula dA .. ° 2L b where d is the magnitude of the heterogeneity of the birefringence, the refraction index; O. - the magnitude of the maximum bending of the strip; b is the spacing between the stripes. Thus, the introduction of a flat mirror, a wedge of an isotropic material and a beam-splitting plate into the device makes it possible to eliminate the influence of the divergence of the light beam and to ensure a positive effect of crystalline samples with an arbitrarily oriented optical axis. The advantages of the device also include an increase in the sensitivity of measurements due to the double passage of the light beam through the sample under study. An apparatus for measuring birefringence inhomogeneities in crystals, containing an optically coupled source of monochromatic light, a polarizer, a crystal wedge made of an optically inactive uniaxial crystal, an analyzer and a recorder, characterized in that, for the purpose of measuring non-uniformity of a birefringence crystalline samples with an arbitrarily oriented optical axis; a flat mirror was additionally introduced into it, a beam-splitting plate and a wedge of an isotropic material iala mounted so that together with the main wedge it forms a plane-parallel plate which is disposed behind the mirror, wherein the analyzer is placed in the path of the light beam reflected from the splitter plate placed behind the polarizer. Sources of information taken into account in the examination 1. M. Born, Wolf E. Fundamentals of Optics, D., Nauka, 1970, p. 333-337. 2.Грум-Гржимайло С. В. Приборы и методы дл  оптического исследовани  кристаллов . М., «Наука, 1972, с. 104-106. 2. Grum-Grzhimailo S. V. Instruments and methods for optical crystal research. M., “Science, 1972, p. 104-106. 3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2792086, кл. G 01 N 21/40, 1979 (прототип).3. USSR author's certificate for application number 2792086, cl. G 01 N 21/40, 1979 (prototype). NN ч:аh: a о about
SU802953749A 1980-07-07 1980-07-07 Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals SU958922A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802953749A SU958922A1 (en) 1980-07-07 1980-07-07 Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802953749A SU958922A1 (en) 1980-07-07 1980-07-07 Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU958922A1 true SU958922A1 (en) 1982-09-15

Family

ID=20907260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802953749A SU958922A1 (en) 1980-07-07 1980-07-07 Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU958922A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494373C1 (en) * 2012-03-20 2013-09-27 Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) Method of determining optical parameters of crystalline substance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494373C1 (en) * 2012-03-20 2013-09-27 Российская академия наук Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) Method of determining optical parameters of crystalline substance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0094836B1 (en) Apparatus and method for measuring refractive index
US3700334A (en) Interferometer-polarimeter
KR0163627B1 (en) Evaluation of sample by measurement of thermo-optical displacement
US5157458A (en) Polarization interferometer spectrometer
US4076423A (en) Optical coherence measuring device
US10634607B1 (en) Snapshot ellipsometer
Shabana Determination of film thickness and refractive index by interferometry
US5517022A (en) Apparatus for measuring an ambient isotropic parameter applied to a highly birefringent sensing fiber using interference pattern detection
JPH06229922A (en) Very accurate air refractometer
JP2000509830A (en) Rotation compensator-type spectroscopic ellipsometer system with regression calibration with photoarray detector
SU958922A1 (en) Device for measuring non-uniformity of double refraction in crystals
JP3533651B1 (en) Time-resolved nonlinear susceptibility measurement system
EP0080540A1 (en) Method and apparatus for measuring quantities which characterize the optical properties of substances
Steel A polarization interferometer for the measurement of transfer functions
JPH08271337A (en) Spectroscope
Liu et al. Simultaneous measurement of small birefringence magnitude and direction in real time
US7161684B2 (en) Apparatus for optical system coherence testing
RU2102700C1 (en) Two-beam interferometer for measuring of refractive index of isotropic and anisotropic materials
JPH02500541A (en) Method for measuring the concentration of a gas in a gas mixture and apparatus for carrying out this method
RU2528609C2 (en) METHOD OF DETERMINING ORIENTATION OF CRYSTALLOGRAPHIC AXES IN CLASS 3m ANISOTROPIC ELECTRO-OPTICAL CRYSTAL
JPH0617851B2 (en) Method and apparatus for measuring mode birefringence of birefringent fiber
JP2652667B2 (en) Refractive index measurement method
SU842508A2 (en) Substance double refraction value measuring method
SU1060939A1 (en) Multi-beam interferometer
SU1100541A1 (en) Refractometer