Устройство для измерения абсолютного показателя преломления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛООТЕНИЯ, содержащее генератор оптического излучения и оптически связанный с ним амплитудный детектор, выход которого через усилитель соединен с частотомером , являющимся регистратором абсолютного показателя прелом.пения, отличающее ся тем, что, с целью расширения диапазона измерения величины абсолютного показателя преломления образцов с толщиной больше длины волны, в устройстве между генератором оптического -излучения и амплитудным детектором введены последовательно расположенные по ходу оптического излучения амплитудный модулятор, невзаимный делитель мощности излучения и зеркало, причем невзаимньй делитель мощности оптически связан с амплитудным детектоS ром, а управляющий вход амплитудного сл модулятора соединен с выходом усилителя . СЛ /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3641082/24-25 (22) 13.07 ° 83 (46) 15.10.85. Бюл. И 38 (72) А.IO,Кущенко и В.Я.Михновец (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (53) 535.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 873156, кл. G Oi R 27/26, 1979.

Патент СНА Ф 3898558, кл. С 01 R 27/04, G 01 K 21/41, 1975. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АБСОЛЮТНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее генератор оптического излучения и оптически связанный с ним амплитудный детектор, выход которого через усилитель соединен с частотомером, являющимся регистратором абсолютного показателя преломления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения величины абсолютного показателя преломления образцов с толщиной больше длины волны, в устройстве между генератором оптического .излучения и амплитудным детектором введены последовательно расположенные по ходу оптического излучения амплитудный модулятор, невзаимный делитель мощности излучения и зеркало, причем невзаимный делитель мощности оптически связан с амплитудным детектором, а управляющий вход амплитудного модулятора соединен с выходом усилителя.

1 118519

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для измерения абсолютного показателя преломления оптических материапов. 5

Целью изобретения является расширение диапазона измерения величины абсолютного показателя преломления образцов с толщиной больше длины волны. 10

Па чертеже схематически изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из последовательно расположенных генератора 1 15 оптического излучения, амплитудного модулятора 2, певзаимного делителя

3 мощности, з :ркала 4, а также амплитудного детектора 5, усилитег я 6, частот: мер» 7,причем невзаимный дели- 20 тель 3 гмощносги оптически связан с амплитудным детектором 5, выход амплитудного детектора соединен с входом усилителя 6„ а выход усилителя соедигген с входом частотомера 7 25 и управляющим входом модулятора 2.

Устройство работает следующим образом.

При отсугствии измеряемого образца оптическое излучение генератора 1, З0 проходя через амплитудный модулятор

2 и невэаимный делитель 3 мощности, попадает па зеркало 4. Отразившись от зеркала, оптическое излучение отводится невэаимным делителем мощностиЗ5 на амгглитудный детектор 5. Сигнал с амплитудного детектора 5 усиливается усилителем 6 и подается на управляющий вход амплитудного модулятора 2.

Таким образом, в схеме имеется обрат-@ ная связь для модулирующего сигнала.

Для получения устойчивых автоколебаний, модулирующих оптическое излучение, необходимо выполнить два условия: баланс амплитуд и баланс фаз. Для вы- "5 полнения условия баланса амплитуд требуется, чтобы коэффициент усиления усилителя 6 был больше, чем коэффициент потерь в остальной части схемы. Баланс фаэ выполняется для автоколебания, период которого равен времени, необходимому для прохождения оптического излучения по каналу: амплитудный модулятор — невзаимный делитель мощности — зеркало — невзаимный делитель мощности — амплитудный детектор, и зависит от оптической длины этого канала. При возникновении

5 2 автоколебаний частота их измеряется частотомером 7, подключенным к выходу усилителя б. При введении в устройство измеряемого образца, который помещается между невзаимным делителем 3 мощности и зеркалом 4, оптическая длина вышеуказанного канала изменяется, а следовательно, и частота автоколебаний, модулирующих оптическое излуче-. ние. Показатель преломления измеряемого образца вычисляют по формуле и =1+ (— 1)

Ы Г о где n — - показатель преломления; с †.скорость света в свободном пространстве, м/с; .

Ер — частота автоколебаний в отсутствии образца, Гц; — частота автоколебаний при

1 наличии образца, Гц;

d — толщина образца, м.

Эта формула справедлива для образцов в виде плоскопараллельных пластин.

Возможность измерения абсолютного показателя преломления образцов с толщиной больше длины волны применяемого оптического излучения объясняется тем, что период автоколебаний, модулирующих оптическое излучение, больше чем время, необходимое для прохождения образца.

Диапазон измерения показателя преломления определяется диапазоном измерения оптической толщины. В известных устройствах этот диапазон мал, er.o относительная величина, в лучшем случае, составляет доли единицы. Это связано с тем, что в этих устройствах диапазон измерения оптической толщины не может превысить длины волны.

В противном случае, в измерениях появляется неоднозначность.

В изобретении диапазон измерения оптической толщины определяется длиной волны (частотой f) автоколебания, модулирующего оптическое излучение по амплитуде. Длина волны модуляции превосходит длину волны оптического излучения минимум на два порядка. Это приводит к расширению на два порядка диапазона измерения оптической толщины и, следовательно, к расширению диапазона измерения абсолютного показателя преломления, например, стекол, керамик и ферритов в миллиметровом и субмиллиметровом участке оптического диапазона, 1185195

Составитель С.Голубев

Редактор M.Áàíäóðà Техред И.Надь Корректор В.Бутяга

Заказ 6355/38 Тираж 896

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г;Ужгород, ул.Проектная, 4

Относительная погрешность оценивается по формуле о С - (2

2 2 п2. о AC+ (o ) I у2 12, 1 Е (Z ed)< L o

°,g 1,(1I где dn - погрешность измерения показателя преломления; дс — погрешность величины скорости света в свободном пространстве; йŠ— погрешность измерения частоты; а Й вЂ” погрешность измерения толщины образцов.

При использовании стандартной аппаратуры для измерения частоты и толщины образцов относительная погрешность способа имеет величину порядка

В устройстве для измерения абсолютного показателя преломления в диапазоне субмиллиметровых и миллиметровых длин волн в качестве генератора 1 оптического излучения используется отражательный клистрон, амплитудный модулятор 2 изготовлен в виде волноводного выключателя с распределенными полупроводниковыми структурами, двойной волноводный .тройник выполняет роль невзаимного делителя 3 мощности, а полупроводниковый СВЧ вЂ” диод — амплитудного детектора 5. В качестве усилителя 6 используется широкополосный усилитель напряжения, а частотомером 7 служит электронносчетный частотомер.

10 Зеркало 4 изготовлено из металлической пластины, габаритные размеры которой выбираются, исходя из дифракционных потерь и размеров образцов.

1 Для измерения абсолютного показателя преломления во всем оптическом диапазоне длин волн практические реализиции некоторых элементов устройства должны варьироваться без из2п менения их физической сущности, Например, для видимого диапазона длин волн роль генератора 1 оптического излучения выполняет ОКГ, амплитудный модулятор 2 выполнен на основе ячейки

25 Керра, в качестве невэаимного делителя 3 мощности применена светоделительная пластинка, амплитудным детектором 5 служит фотоэлектронный умножитель.