Лазерный доплеровский микроскоп

 

ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ MHKPOCIfon, содержащий лазер и оптически согласованные с ним расще питель, устройство сдвига частоты, две светоотражательные системы, два соосно установленных фокусирующих объектива, приемный объектив, оптическая ось которого .ортогональна оптической оси фокусирующих объ ктивов , фотоприемник и измеритель доплеровской частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений скорости в оптически активных средах, в него введены две четвертьволновые Фазовые пластинки, установленные между светоотражательными системами и фокусирующими объективами с возможностью утового смещения вокруг своей оптической оси.и (Л о СП 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕЩИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3454087/18-10 (22) 15.06.82 (46) 07.01.84. Бюл. В 1 (72) В.М.Землянский и Н.П.Дивнич (71) Киевский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров. гражданской авиации (53) 532.574(088.8). (56) 1.Ринкевичюс Б;С. и др. Ра.диотехника и электроника, 1979, 9 7, с.594.

2. Васильев A.Â. и др. Квантовая электроника, 1980, 7, У 11, е.2506 (прототип). (54),(57) ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ .

MHKPOCICOH, содержащий лазер и оптически согласованные с ним расще„SU() Д

3(5g С 01 P 3/36у G Ol P 5/00 питель, устройство сдвига частоты, две светоотражательные системы, два соосно установленных фокусирующих объектива, приемный объектив, оптическая ось которого .ортогональна оптической оси фокусирующих объективов, фотоприемник и измеритель доплеровской частоты, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы. шения точности измерений скорости в оптически активных средах, в него введены две четвертьволновые фазовые пластинки, установленные между светоотражательными системами и фокусирующими объективами с возможностью углового смещения вокруг своей оптической оси. O

1065780

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения лоКальной ско-. рости жидких сред, обладающих естественной либо наведенной оптической активностью.

Известен лазерный доплеровский микроскоп, состоящий из лазера, устройства сдвига частоты, расщеци,теля, двух зеркал, направляющих. два пучка под углом друг к другу в 30 область измерения, двух фокусирующих объективов, собирающего объектива, Фотоприемника, диафрагмы и измерителя доплеровской частоты fl) .

Недостатком известного устрЬйства является низкая чувствительность, что ограничивает применение схемы при измерении малых скоростей потоков

Наиболее близким к предлагаемоыу является лазерный доплеровский микроскоп, который содержит лазер и оптически согласованные с ним расщепитель, устройство сдвига частоты, две светоотражательные системы, два соосно установленных фокусирующих объектива, приемный объектив, оптическая ось которого ортогональна оптической оси фокусирующих объективов, фотоприемник и измеритель доплеровской частоты f2) .

Недостатком известного лазерного доплеровского микроскопа является низкая его помехоустойчивость при измерении скорости жидких сред, обладающих естественной или наведенной оптической активностью, что приводит к понижению точности измерений скорости. как показывает тео-. ретический анализ и экспериментальное исследование известной схемы, 40 величина доплеровского сигнала в значительной степени зависит от на- . правления приема рассеянного излучения в плоскости, перпендикулярной зондирующим пучкам, которые 45 имеют согласованные линейные состояния поляризации. Поэтому при измерении скорости в оптически активной среде, например в сахарным растворах, иэ-эа вращения плоскости поляризации активной средой может оказыть5 ся, что доплеровский сигнал будет .очень незначителен по амплитуде или даже равен нулю.

11ель изобретения — повышение точности измерений скорости в оптически активных средах.

Поставленная цель достигается тем, что в лазерный доплеровский микроскоп, содержащий лазер и on- 60 тически согласованные с ним расщепитель, устройство сдвига частоты, две светоотражательные системы, два соосно установленных фокусирующих объектива, приемный объектив, оптическая ось которого ортогональна оптической оси фокусирующих объективов, фотоприемник и измеритель доплеровской частоты, введены две четвертьволновые фаэовые пластинки, установленные между светоотражательными системами и Фокусирующими объективами с воэможностью углового смещения вокруг своей оптической оси.

На фиг.l представлена блок-схема лазерного доплеровского микроскопа на фиг.2 — теоретическая и экспериментальная зависимости амплитуды доплеровского сигнала в плоскости ОХЧ от угла Ч при линейных согласованных поляризациях зондирующих пучков; на фиг.3 - зависимость амплитуды доплеровского сигнала в плоскости 0ХУ от углами при Круговых взаимно ортогональных поляризациях. зондирующих пучков.

Лазерный доплеровский микроскоп содержит лазер 1, излучающий линейно поляризованный луч 2, расщепитель 3, делящий луч 2 на два луча 4 и 5, устройство б сдвига частоты, светоотражательные системы 7 и 8, четвертьволновые фазовые пластинки

9 и 10, фокусирующие объективы ll и 12, кювету 13, по которой движется оптически активная среда, ° приемный объектив 14, оптическая ось которого ортогональна оси зондирующих пучков, направленных в измеряемую среду навстречу друг другу, рассеянный пучок 15 света, фотоприемник lб и измеритель 17 доплеровской частоты.

Четвертьволновые фазовые пластинки 9 и 10 установлены с возможностью углового перемещения вокруг оптической оси. Перед началом работы четвертьволновые фазовые пластинки .9 и 10 ориентируют так, чтобы в области измерения распространялись йавстречу друг другу два пучка со взаимно ортогональными круговыми поляризациями.

Лазерный доплеровский микроскоп работает следующим образом.

Лазер 1 излучает вертикально поляризованный луч 2, который делится расщепителем 3 на два луча 4 и 5. Луч 5 с помощью устройства б сдвига частоты, смещается по частоте на величину.1щ. Далее два луча различной частоты 4 и 5 при помощи светоотражательных систем 7 и 8 фокусирующих объехтивов ll и 12 направляются навстречу друг другу в исследуемую оптически активную среду, движущуюся со скоростью V no кювете 13. Рассеянный свет 15 собирается приемным объективом 14 и направляется на фотоприемник lб, выход которого подключен к измерителю 17 доплеровской частоты.

1065780

1ЮО

Предположим, что два зондирующих пучка, направленных в исследуемый поток, имеют линейные согласованные поляризации, например, верти» кальные. Колебание электрического вектора совпадает с осью () (. Для этого случая на фиг.2 представлена теоретически расчитанная на основе векторной теории Ии зависимость амплитуды доплеровского сигнала на выходе фотоприемника 18 и экспери- 10 ментальная зависимость 19 от направления наблюдения рассеянного излучения в плоскости P)(g где ((- угол между осью 0 (и направлением приема рассеянного поля. В качестве рас- 35 сеивающих центров иснользуются сфе» рические частицы полистирола d =

= 1,5 мкм. Анализ зависимости показывает, что если измеряемая среда осуществляет. поворот плоскости поляризации, то может возникнуть си.туация, когда рассеянное излучение, принимаемое.фотоприемником, будет взаимно ортогональным, и следова-. тельно, доплеровский. сигнал равен нулю. Т.е. отношение сигнал/шум при измерении, например, в сахарных растворах зависит от концентрации раствора и толщины слоя раствора (d« d< на фиг.1), через который проходит зондирующий пучок.

Для исключения этого влияния и повышения отношения сигнал/шум в схеме установлены две четвертьволновые пластинки 9 и 10, преобразующие состояния поляризации зойдирую,щих лучей в круговые взаимно ортогоУО нальные поляризации. Если навстречу друг другу распространяются два луча, имеющие круговые взаимно ортогональные поляризации, то в этдм случае отсутствует интерференция двух волн — периодическое распределение интенсивности вдоль оси пучков.

Несмотря на это, амплитуда доплеровского сигнала при взаимно ортогональных круговых поляризациях встречных пучков, как показывают расчеты на основе векторной теории рассеяния, подтвержденные экспериментальннки исследованиями схемы, превышает в 2,2 раза амплитуду доплеровского сигнала при круговых согласованных поляризациях встречных пучков,.т.е. когда в пространстве существует стоячая волна с периодическим распределением интенсивности вдоль осн пучка (прикруговых согласованных поляризациях существует интерференционная картина). Кроме того, при круговых взаимно ортогональных поляризациях доплеровский сигнал в плоскостиО (1 не зависит от угла Ср (фиг-.3) и,. следовательно, схема обеспечивает высокое отношение сигнал/шум для любых оптически активных сред с различным удельным вращением.

Предлагаемое устройство в отличие от известного позволяет с высокой помехоустойчивостью измерять локальные скорости движения жидких сред, обладающих естественной либо наведенной оптической активностью.

l065780 мин. pro»

Составитель Ю.Власов

Техред.С. Легеза

Корректор Л.Патай

Редактор М.Ткач с

Филиал ППП Патент, г. Ужгород,. Ул. Проектная, 4

Заказ ll035/46 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, NocKBa, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5