SU958923A1 - Способ измерени двулучепреломлени - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к исследрванию оптических свойств материалов, в частности дл  исследовани  переходных процессов двупреломлени  в оптически неоднородных материалах под воздействием импульсного электрического пол  в наносекундном интервале времени.

Известен способ измерени  двулучепреломлени , использующий скоростные фотоприемники и осциллографы, в том числе и стробоскопические дл  измереии  двупреломлени  в наносекундном интервале времени 1 .

Однако этот способ измерени  критичен к нестабильнЬсти интенсивности измер ющего светового потока и чувствительности фотоприемника. Кроме того, при исследовании сложных переходных процессов двупреломлени  дл  получени  конечных результатов требуетс  обработка данных на ЭВМ. Пол ризационно-оптический способ неприменим при исследовании оптически неоднородных материалов, например прозрачной сегнетокерамики, а также образцов , светопропускаемость которых мен етс  в зависимости от внещних факторов: электрического пол , температуры.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ измерени  двулучепреломлени , наведенного

5 внешним воздействием в образце, помещенном в пол ризационно-антенную систему, путем автоматической компенсации измер емого двулучепреломлени  с помощью дополнительного двулучепреломл ющего элемента, управл емого,напр жением, полученным при синхродетектировании фотоэлектрического отклика на рассогласование фазы обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе пол ризационно-оптической системы и последующей регистрации значени 

5 двулучепреломлени  2.

Недостатком данного способа  вл етс  ограниченное временное разрещение измерений .

Цель изобретени  - увеличение вре20 менного разрешени  измерений.

Цель достигаетс  за счет того, что согласно способу измерени  двулучепреломлени , наведенного внещним воздействием в образце, помещенном в пол ризационнооптическую систему, путем автоматической компенсации измер емого двулучепреломлени  с помощью дополнительного двулучепреломл ющего элемента, управл емого напр жением, полученным при синхродетектировании фотоэлектрического отклика на рассогласование фазы обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе пол риза-цйонно-оптической системы, и последующей регистрации значени  двулучепреломлени , напр жение дл  управлени  дополнительным двулучепреломл ющим элементом перед синхродетектированием сканируют стробоскопическим устройством, при этом напр жение рассогласовани  ввод т с частотой, меньшей частоты внешнего воздействи . На фиг. 1 изображны временные зависимости сдвига фазы между обыкновенным и необыкновенным лучами пол ризационнооптической системы, вызванного двупреломлением образца - Г (t)(a), временные зависимости стробимпульсов (б), суммарного сдвига фазы П (t) + Гз(1), вызванного двулучепреломлением образца и рассогласованием (в), фотоэлектрического отклика Оф (крива  f) и напр жени  выходе сгробирующего устройства (например, осциллографа) При нескомпенсированном (г и скомпенсированном (д) двупреломлении образца; на фиг. 2 - структурна  схема устройства, с помощью которого измер ют изменение двупреломлени  под воздействием повтор ющихс  электрических импульсов малой длительности; на фиг. 3 -- крива , полученна  при записи переходного процесса двулучепреломлени  в электрооптической сегнетокерамике ЦТСЛ 10/65/35 с помощью указанного устройства. Под воздействием электрических импульсов измен етс  двулучепреломление исследуемого образца Дп{1:), что вызывает сдвиг фазы между обыкновенным и необыкновенными лучами пол ризационно-оптической систеты Г) (t) (фиг. 1 а). Интенсивность проход щего через пол ризованно-оптическую систему света 1(1), а вместе с тем и фотоэлектрический отклик на выходе пол ризационно-оптической системы при направлении главных осей двулучепреломл ющих элементов, помещенных между скрещенными пол ризатором и анализатором 45° по отношению к направлени м осей пол ризатора и анализатора, измен етс  согласно выра-жению Uq.(t) K(t) KlpSin r t) где Og - интенсивность падающего на образец света; К - коэффициент пропорциональности . Если помимо образца в пол ризационнооптическую систему помещены двупреломл ющий элемент дл  компенсации двупреломлени  образца, внос щий сдвиг фазы Гг, и элемент, внос щий рассогласование фазы по закону Fj I oSincJt, фотоэлектрический отклик по времени измен етс  согласно выражению иф Klosin JJ- ri(t) -Гг + Г sincJt }. Стробирующее устройство измер ет величину фотоэлектрического отклика в момент стробимпульса t terpod и поддерживает данный уровень )(На выходе стробирующего устройства до следующего стробимпульса: UBbu ( Fi/ - Га -f Tjo sincJt) BbU t t(,rpo6 ( фиг. 1 г, крива  ж). Если частота повторени  импульсов воздействи  гораздо больше частоты напр жени  рассогласовани , напр жение на выходе можно считать квазинепрерывным. Дл  упрощени  принимаетс , что Г мала  величина по сравнению с Г( и Г .В случае, если t {др переменна  составл юща  напр жени  на выходе стробирующего устройства имеет удвоенную частоту напр жени  рассогласовайи  и управл ющее автокомпенсацней напр жение, полученное после синхродетектировани , равно О, при условии, что опорное напр жение синхродетектировани  имеет частоту, равную частоте напр жени  рассогласовани . В случае , если П/ ф Гг, то на выходе стробируt t (T.pori ющего устройства по вл етс  переменна  составл юща  с частотой напр жени  рассогласовани  со (фиг. 1 г, крива  ж). В зависимости от того, больше или меньще величина компенсирующего сдвига фазы Г, чем сдвиг фазы, вносимый образцом в данной точке стробировани  ($ пр жение на выходе стробирующего устройства будет или в фазе, или в противофазе с напр жением рассогласовани . Синхродетектирование дает соответственно напр жение положительной или отрицательной пол рности, используемой дл  управлени  компенсацией двупреломлени . Предложенный способ можно реализовать при помощи устройства, измер ющего быстрые изменени  двупреломлени  образца под воздействием импульсного электрического пол  малой длительности. Устройство , блок-схема которого показана на фиг. 2, включает пол ризационно-оптическую систему , состо щую из источника 1 света - лазера ЛГ-52, пол ризатора 2, модул тора 3 света МЛ-3, внос щего сигнал рассогласовани , компенсационного двупреломл ющего элемента - кварцевого оптического клина 4, образца 5, анализатора 6;

и электрический тракт, состо щий из фотоэлектрического приемника света - фотодиода ФД-9 или фотоэлектронного умножител  7 18-ЭЛУ; стробирующего устройства 8 - стробоскопического осциллографа CI-39, селективного усилител  9 В6-4, синхродетектора 10 СД 2, генетатора 11 синусоидальных колебаний ГЗ-33, сервосистемы 12, двухкоординатного самописца 13 и генератора электрических импульсов наносекундной длительности 14. .Оси пол ризатора 2 и анализатора 6 срещены; направлени  оптических осей модул тора света 3, оптического клина 4 и направление электрического пол  в образце 5 направлены под углом 45° по отношению осей пол ризатора 2 и анализатора 6.

Пример. Дл  определени  переходного процесса двупреломлени  в сегнетокерамике ЦТС Л 10/65/35 берут образец размерами 1,3x1,3X1,3 мм, на противоположных гран х которого нанесены электроды, и помещают в пол ризационно-оптическую систему . Кварцевый оптический клин устанавливают в положение, близкой к минимуму проход щего через пол ризационно-оптическую систему света. После этого на образец подают импульсное электрическое поле с амплитудой импульсов 800 В, длительностью 2 МКС, фронтом нарастани  10 не, частотой повторени  1000 Гц. На модул тор подают синусоидальное напр жение частотой 90 Гц, что на пор док меньше частоты повторени  импульсов. На ту же частоту настраивают селективный вольтамперметр. Устанавливают фазу синхродетектора по максимуму показаний. Точку стробировани  стробоскопического осциллографа устанавливают на временной оси перед импульсом электрического пол . Устанавливают диапазон развертки стробоскопического осциллографа 100 не/см. Включают сервосистему автоматической компенсации, котора  устанавливает оптический клин в положение, соответствующее нулевой разнице фазы обыкновенного и необыкновенного лучей пол ризационно-оптической системы . Сервосистема вырабатывает посто нное напр жение, пропорциональное перемещению оптического клина, а также сдвигу фазы обыкновенного и необыкновенного лучей r(t), которое подаетс  на У вход двухкоординатного самописца. Калибровку производ т с.помощью автоматической компенсации , смеща  оптический клин на ближесто щий минимум проход щего через пол ризационио-оптическую систему света, т. е. наход т на оси У самописца, значение, соответствующее сдвигу фазы Г 2А(фиг. 3).

Включением развертки осциллографа производ т сканирование стробоскопическим осциллографом временной оси в интервале исследовани  переходного процесса, а также подают на X вход двухкоординатного самописца пилообразное напр жение, пропорциональное значению сканировани . В каждой точке стробировани  система автоматической компенсации реализует перемещение оптического клина до значени , соответствующего компенсации сдвига фазы , вызванного двупреломлением образца Ап в данной точке стробировани . Таким образом на двухкоординатном самописце регистрируют зависимость Г| (t) ( фиг. 3). Пересчет сдвига фазы на двупреломление происходит согласно выражению

r,(t) 2КАпа) где t - длина образцов по направлению

распространени  луча света; Л - длина волны света.

Подставл   значени  t 1,3 мм и А 0,633 мкм, полу14аем, что калибровочна  метка на У оси Г 2jt соответствует значению двупреломлени  До Б-Ю.

Использование предлагаемого способа измерени  наведенного внешним воздействием двупреломлени  обеспечивает по сравнению с существующими - увеличение временного разрешени  измерени .

25

Увеличение временного разрешени  измерени  зависит от частотной полосы стробоскопического осциллографа и фотоэлектронного приемника. Использу , например, стробоскопический осциллограф С 1-39

и фотоэлектронный умножитель 18-ЭЛУ, временное разрешение измерений составл ет 10, что по крайней мере на 3 пор дка лучше, чем в прототипе. Такое временное разрешение измерени  позвол ет измер ть наведенное внешним воздействием двупреломление в оптически неоднородных материалах, что невозможно при использовании известного компенсационного способа. В случае прототипа достижение временного разрешени  Ю требует

частоту модул ции света и синхродетективировани  до 1 - 10 ГГц. В предложенном же способе данна  частота не превышает 1 кГц.

Claims (2)

1.Гильварг А. Б., Колесов Г. В. Использование электрооптического эффекта в кристаллах дл  быстродействующего затвора. ПТЭ, 1961, № 3, с, 123-126.

2.Мишерон Ф., Висмут Г., Способ измерений быстрых изменений двойного лучепреломлени . «Приборы дл  научных исследований , 1972, № 2, с. 115-117.

r

N / 2

к

Ч-М-1

N-i

е

3

Г JI/; V

5

V 5

(2.2

Г

ЛГ)

231

5-W