Способ измерения коэффициента отражения зеркал

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЗЕРКАЛ, заключающийся в том, что модулируют по амплитуде поток электромагнитного излучения путем введения в него с заданной частотой отражательного элемента и регистрируют отраженное излучение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициентов отражения , близких к единице,в субмиллиметровом диапазоне , поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением в него первого диэлектрического образца толщиной ,-;й.-,:г.-.; f с/ , находящегося в оптическом контакте с зеркалом, и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала J , затем поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением в него второго диэлектрического образца толщиной d, находящегося в оптическом контакте с зеркалом, и зеркала без диэлектрического образца., регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала .;-Ъ , после чего поток электромагнитного излучения модулируют введением в f/ него с той же частотой только зеркалаJV/ регистрируют отраженное от него излу- 1 чение, вьщеляя переменную составляющую сигнала о , з коэффициент отражения R зеркала определяют из соотношения 1 , где ГС (s Ф +n COsЧJ-J,Ф,{sтn Ф,+Лoз2ф,, го А:о со o(-)(.) а .1пс(„ 2y/hd, Ф, 4-2- . . п - показатель преломления диэлектрических образцов; Л - длина волны; К.,Ы, 0,1; K cJjCO.I, при этом где К Kj - коэффициенты поглощения диэлектрических образцов.

„„SU„„1122097 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) G 01 М 21 55

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ фР »

ОПЙСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13

H AELTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 JShdг

Фг= л показатель преломления диэлектрических образцов; длина волны;

К1с11 < 0»1» Кгс1г <0»1» — коэффициенты поглощения диэлектрических образцов.

27 hd ф л и при этом где К„= (21) 3616221/18-25 (22) 29.06,83 (46). 30,05,85. Бюл. №- 20 (72) Н.И. Фурашов» К.Е. Роговцев и С.И. Черсянин (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт (53) 535.24(088.8) (56) 1. Семенова Г.П. и др. Приставка к спектрофотометру для изме. рения абсолютных значений высоких коэффициентов отражения. Оптикомеханическая промышленность, № 4, 1976, с. 78-79.

2. Жуков А.И. и др. Квазидвухканальный спектрометр миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн. "Приборы и техника эксперимента", № 2, 1969, с. 136-137 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ КОЭФфИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЗЕРКАЛ, заключающийся в том, что модулируют по амплитуде поток электромагнитного излучения путем введения в него с заданной частотой отражательного элемента и регистрируют отраженное излучение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициентов отражения, близких к единице,в субмиллиметровом диапа зоне, поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением в него первого диэлектрического образца толщиной находящегося в оптическом контакте с зеркалом, и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала 3, » затем поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением в него второго диэлектрического образца толщиной И, находящегося в оптическом контакте с зеркалом, и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала после чего поток электромагнитного излучения модулируют введением в )g него с той же частотой только зеркала Ю» регистрируют отраженное от него излу- С чение, выделяя переменную составляющую сигнала 0» а коэффициент отражения

R зеркала определяют из соотношения л

1, = .л

Ф »4 где

3 ф (ski Ф+n Cos Ф }-3 Ф„(sin Ф +и саз Ф ) (Я

»

З (и - )(ф з Ф-ф sih Ф } ь

1 1 1 2209.7

Изобретение относится к технике измерений на субмиллиметровых волнах и предназначено для измерений коэф-,. фициентов отражения высокоотражающих зеркал. 5

Известен способ измерения коэффициента отражения зеркала.

Способ заключается в измерении потока излучения, прошедшего через многоходовую кювету (типа кюветы 10

Уайта) без исследуемого зеркала и ч. через ту же кювету (с измененным ходом лучей) с зеркалом, на котором поток излучения испытывает многократные отражения 1 ).

Недостатком этого способа является то, что исследуемые зеркала даже на коротких субмиллиметровых волнах (71 40 мкм) должны иметь большие размеры. Кроме того, он щ дает возможность определять лишь усредненный по различным углам падения коэффициент отражения зеркала.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ измерения коэффициента отражения зеркал, заключающийся в том, что модулируют по амплитуде поток электромагнитного излучения путем введения в него с заданной частотой отражательного элемента (2 ). . При этом поток электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона модулируют по амплитуде за счет поочередного введения в него с заданной частотой исследуемого и эта- . лонного образцов и принимают два амплитудно-модулированных потока излучения: прошедший через образцы и отраженный от них. Иэ принятого

40 амплитудно-модулированного потока излучения, прошедшего через образцы, выделяют переменную составляющую интенсивности, пропорциональную разности коэффициентов пропускания эталонного и исследуемого образцов. Из принятого амплитудно-модулированного потока излучения, отраженного от образцов, выделяют переменную составляющую,интенсивности, пуопорциональ50 ную разности коэффициентов отражения эталонного и исследуемого образцов.

Недостатком способа является неудовлетворительная точность измерений высоких, близких к единице,зна- 55 чений коэффициентов отражения зеркал. Это обусловлено тем, что отсутствуют высокоотражающие эталоны с точно измеренным в субмиллиметровом диапазоне коэффиентом отражения.

Целью изобретения является повыше- ние точности. измерения коэффициентов отражения, близких к единице, в субмнллнметровом диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента отражения зеркал, заключающемся в том, что модулируют по амплитуде поток электромагнитного излучения путем введения в него с заданной частотой отражательного элемента, регистрируют отраженное излучение, поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением в него первого диэлектрического образца толщиной d находящегося в оптическом контакте с зеркалом и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала 3„, затем поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением внего второго диэлектрического образца толщиной d» находящегося в оптическом контакте с зеркалом, и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала 22, после чего поток электромагнитного излучения модулируют введением в него с той же частотой только.зеркала, регистрируют отраженное от него излучение, выделяя переменную. составляющую сигнала Э, а коэффициент отражения R зеркала определяют из соотношения )

1+А где

Э„ф(бьфьсОБФ)Эф(Вмф+псОБф) RЗо(h -1)(ф з ф - ф 6 п ф )

2 Jf n d„2én 1 ф 1 Ф 2

1 Л 2 7

n — показатель преломления диэлектрических образцов; М вЂ” длина волны, при этом К d„(0 1, K d аО 1, где К„= K — коэффициенты поглощения диэлектрических образцов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — крайние положения зеркала с .образцами относительно потока излучения лри мо1122097 4 дуляции; на фиг. 3 — крайние положения зеркала относительно потока излучения.

Устройство содержит субмиллиметровый генератор 1, делитель потока из.лучения 2; диафрагму 3, модулятор 4 и приемник 5.

Иодулятор 4 содержит диэлектрический образец 6, плоское зеркало 7, каретку 8, кривошипно-шатунный меха- 1О низм 9, электродвигатель 10 с редуктором и датчик 11 опорного напряжения.

Приемник 5 содержит квадратичный детектор 12. уси тель 13. Син- 15 хронный детектор 14 и индикатор 15.

Генератор 1 предназначен для формирования близкого к параллельному потока электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона. В качестве генератора 1 могут быть использованы либо субмиллиметровый ОКГ, либо лампа обратной волны (ЛОВ).

Диэлектрические образцы 6 представляют собой пару плоскопараллельных пластин толщиной с1„и с, выполненных иэ одного и того же материала.

Каждый диэлектрический образец 6 характеризуется соотношением

1 30

Кс1 1 — A (0,1, где К вЂ” коэффициент поглощения образца;

d — толщина образца;

R — - коэффициент отражения исследуемого зеркала.

Диэлектрические образцы 6 поочередно закрепляются на поверхности плоского зеркала 7 так, что они находятся в оптическом контакте с ним, т.е. зазор h между образцом и зеркалом и рабочая длина волны.

Л электромагнитного излучения находятся в соотношении

Ъ ((й.

Электродвигатель 10 с помощью кривошипно-шатунного механизма 9, соединенного с осью 16 каретки 8, обеспечивает возвратно-поступательное движение с частотой F плоского зеркала 7 с диэлектрическим образцом 6, как показано на фиг. 2.

Электродвигатель 10 с помощью кривошипно-шатунного механизма 9, соединенного с осью 17 каретки 8, обеспечивает возвратно-поступательное движение с частотой F плоского

lS

S5 зеркала 7 с исследуемым образцом 6, как показано на фиг. 3.

Способ, реализованный с помощью данного устройства, осуществляется следующим образом.

Формируют поток излучения с помощью генератора 1. С помощью делилея 2 осущвствляют отделение части потока излучения, которую используют для контроля стабильности мощности или для измерения длины волны, Поток излучения от генератора 1, прошедший через делитель 2, модулируют по амплитуде поочередным введением в него диэлектрического образца 6 толщиной d находящегося в оптическом контакте с зеркалом.7, и зеркала 7 без образца 6. Для этого с помощью диафрагмы 3 ограничивают поперечные размеры потока излучения, .прошедшего через делитель 2. Плоское зеркало 7 модулятора 4 с закрепленным на части его отражающей поверхности диэлектрическим образцом

6 толщиной d с помощью каретки 8 и кривошипно-шатунного механизма 9 соверщает возвратно-поступательное дви жение с частотой F, задаваемой электродвигателем 10. Крайние положения плоского зеркала 7 с диэлектрическим образцом 6 толщиной d относительно потока излучения приведены на фиг.2.

При этом в первую половину периода модуляции поток излучения после прохождения диафрагмы 3 пропускают через образец 6 толщиной d и отражают зеркалом 7. Отраженный поток излучения вновь пропускают через образец 6. Ослабленный вследствие отражения от зеркала 7 и двойного прохождения через образец 6 толщиной d, поток излучения через диафрагму 3 поступает на делитель потока 2.

С помощью делителя 2 осуществляют отделение части потока излучения к приемнику 5.. Во вторую половину периода модуляции поток излучения после прохождения диафрагмы 3 отражают с помощью зеркала 7 без образца 6 и передают через диафрагму 3 на делитель потока 2. С помощью делителя 2 осуществляют отделение части потока излучения в приемник 5.

Регистрацию амплитудно-модулированного излучения осуществляют с помощью приемника 5.

Выделяют переменную составляющую сигнала J интенсивности принятого излучения. Для этого с помощью квадратичного детектора 12 приемника 5 осуществляют детектирование амплитудно-модулированного излучения. С помощью усилителя 13 усиливают сигнал с выхода детектора 12. С помощью. синхронного детектора 14 осуществляют выделение переменной составляю- 10 щей Л„ интенсивности иэ выходного напряжения усилителя 13. Опорное напряжение с частотой F для синхронного детектора 14 формируют с помощью датчика 11 модулятора 4. Регистрацию 15 сигнала 3 осуществляют с помощью индикатора 15. Коэффициент отражения системы: образец 6 - зеркало 7, а следовательно, сигнал Л„ периодичес, ки меняются с увеличением отношения у11 из-за интерференции излучения, многократно отраженного от перед.ней поверхности диэлектрического образца 6 и зеркала 7. При произвольном значении отношения " " связь,ц между измеренной величиной 3„ коэффициентом отражения Я зеркала и диэлектрическими потерями ted" образца 6 толщиной 8„ выражается соотношением

ЗО

2 Ф $g 6 - g г -4 Jgiп ф

3 ..==CW

1 9in ф +пгсозг ф 1 гd

2н где т = 1 — н Ф =

С вЂ” сопэ1;

Vl — мощность излучения генератора 1, Поток излучения генератора 1, про-49 шедший через делитель 2, модулируют по амплитуде поочередным введением в него образца 6 толщиной d 2,íàõîäÿщегося в оптическом контакте с зеркалом 7 и зеркала 7 без образца 6. .4$

При этом модуляцию осуществляют так

1 же, как показано выше, в случае модуляции потока. излучения поочередным введением в него диэлектрического образца 6 с толщиной d, нахо- 59 дящегося в оптическом контакте с зер калом 7 и зеркала 7 без образца 6.

Прием амплитудно-модулированного излучения осуществляют с помощью пр иемник а . 5 .. 55

Выделяют переменную составляющую сигнала ". . интенсивности принятого излучения. Для этого с помощью квап;

97 б ратичного детектора 12 приемника 5 осуществляют детектирование амплитудно-,модулированного излучения. С помощью усилителя 13 усиливают сигнал с выходя детектора 12. С помощью синхронного детектора 14 осуществляют выделение переменной составляющей сигнала Э„ интенсивности иэ выходного напряжения усилителя 13.

Опорно= напряжение с частотой Г для синхронного детектора 14 формируют с помь ."ью датчика 11 модулятора 4.

Регистрацию сигнала 32 осуществляют с помощью индикатора 15.. В этом случае. связь между измеренной величиной Лг, коэффициентом отражения R, зеркала и. диэлектрическими потерями

4g a образца 6 толщиной d2 выражается соотношением

4 г

2п ф 1 д" <7(n -1) Sin г 2

7 =С®

) ф 1 С052 ф гд

2т дг

2 Д

Для определения неизвестной величины произведения Сй осуществляют модуляцию потока излучения генератора 1, прошедшего через делитель

2, введением в него с частотой F только зеркала 7. Для этого плоское зеркало 7 модулятора 4 с закрепленными на части его отражающей поверхности образцом 6 с помощью каретки 8 и кривошипно-шатунного механизма 9, совершает возвратно-поступательное движение с частотой F, задаваемой электродвигателем 10. Крайние положения плоского зеркала 7 с диэлектрическим образцом 6 относительно потока излучения приведеньг на фиг. 3.

При этом в первую половину периода модуляции поток излучения после диафрагмы 3 отражают с помощью зеркала 7 без образца 6 и передают через диафрагму 3 на делитель потока

2. С помощью делителя 2 осуществляют отделение части потока излучения к приемнику 5. Во вторую половину периода модуляции поток излучения после диафрагмы 3 проходит над зеркалом 7 без отражения. При этом сигнал на входе приемника 5 отсутствует.

Регистрацию амплитудно-модулированного излучения осуществляют с помощью приемника 5.

7 1 ) 22097

Выделяют переменную составляющую сигнала 3 интенсивности принятого излучения. Для этого с помощьк квадратичного детектора 12 приемника 5 осуществляют детектирование амплитуд- но-модулированного излучения. С помощью усилителя 13 усиливают сигнал с выхода детектора 12. С помощью синхронного детектора 14 осуществляют выделение переменной составляющей 3 1{) интенсивности из выходного напряжения усилителя 13. Опорное напряжение с частотой F для синхронного детектора 14 формируют с помощью датчика

11 модулятора 4. Регистрацию сигнала

3 осуществляют с помощью индикатора

15. В этом случае

3 ф - с ч(/ Р

По измеренным эначен! Ям 3g р 32 у 0

3 определяют коэффициент отражения

R зеркала 1 й= — ) где 1+ А д ф (Ып Ф n ñàâ ô )-3 ф (вь Ф п cos Ф )

Э, (ll -1)(ф,51. ф — Ф,& Ф, ) n — - показатель преломления образца 6.

Введение дополнительных операций модуляции по амплитуде потока электромагнитного излучения отражательными элементами, выполненными в виде находящихся в оптическом контакте с зеркалом двух диэлектрических образцов разной толшины, позволяет регистрировать приемникоМ и выделять переменные составляющие сигнала 3»

32, 30, которые могут быть измерены с высокой точностью. Поскольку

3„ и Э существенно зависят от вели\ чины потерь при отражении излучения от исследуемого зеркала (i = 1 — R ), то данный способ позволяет реализовать определение близких к единице значений коэффициента отражения К зеркал с более высокой точностью по сравнению с другими известными способами, Кроме того, описанный способ исключает необходимость использования эталонного зеркала с точно -известным значением коэффициента отражения, В способе также не требуется точное знание тангенса угла потерь исследуемых диэлектрических образцов. Для реализации способа достаточно, чтобы поглощение излучения в диэлектрических образцах было соизмеримо с величиной потерь при отражении излучения от исследуемого зеркала. Указанное условие при наличии ориентировочных данных р величине тангенса угла потерь материала, используемого для изготовления диэлектрических образцов, практически легко выполнить путем подбора толщины образцов.

1122097

Фиг з

Редактор Л. Юркова ТехредЖ.Кастелевнч Корректор В. Бутяга 1Заказ 2906/6 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитста СССР по делам изобретений и открытий

113035, Mocgsa, Ж-35, Гаушская наб.> д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Укгород, ул. Проектная, 4