Способ определения показателя преломления в инфракрасной области спектра

 

ССВОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 А1 аВЯ ан 1 (58 4 С О1 Я 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3856067/31-25 (22) 14.02.85 (46) 30. 12.86. Бюл. В 48 (71) Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (72) В.Ю. Некрасов, A.À. Поляков, В.Н. Трухин и И.Д. Ярошецкий (53) 535.24(088.8) (56) Бахшеева Г.Ф. и др. Рефрактометр для инфракрасной области спектра. — Оптико-механическая промышленность, 1973, N - 5, с. 33-35.

Гварджаладзе Т.Л. и др. Самопрозрачность в арсениде галлия при двухфотонном взаимодействии с ультракоротким световым импульсом ЖЭТФ, т. 64, вып. 2, 1973, с. 446-452 ° (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ В ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ

СПЕКТРА ,(57) Изобретение относится к области измерения оптических свойств и может быть использовано при определении показателя преломления различных .материалов в инфракрасной области спектра. Повышение точности, расширение рабочего диапазона обусловлено способностью интенсивного опорного пучка с циркулярной или линейной поляризацией, направленной под уго лом 45 к плоскости поляризации пробного, наводить в кристалле GaAs гиротропию, двулучепреломление и дихроизм, в результате чего изменяется начальная поляризация пробного пучка. 1 ил.

1 1280

Изобретение относится к измерению оптических свойств и может быть ис501 2

55 пользовано при определении показателя преломления различных материалов в инфракрасной области спектра.

Цель изобретения — повышение точности, расширение рабочего диапазона и упрощение определения показателя преломления, На чертеже изображена оптическая схема устройства для определения показателя преломления в инфракрасной области спектра, реализующего способ.

Устройство содержит светоделительную пластину 1, отражательный элемент 2 с возможностью поворота, четвертьволновую пластинку 3, призму

Глана 4, переменную оптическую задержку 5, призму Глана 6 с возможностью поворота вокруг своей оси, неподвижную призму Глана 7, четвертьволновую пластинку 8, пластинку GaAs

9, — вход регистратора, призму Глана

10 — элемент регистратора, фотоприемник 11 — элемент регистратора.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника монохроматического излучения расщепляется светоделительной пластинкой 1 на пробный и опорный пучки. В результате прохождения через элементы 3 и 4 пробный пучок приобретает линейную поляризацию, ориентация которой задается элементом 4, а опорный пучок после прохождения элементов 6, 7 и 8 приобретает циркулярную или линейную поляризацию в зависимости от ориентации элемента 8. Интенсивность пробного пучка подбирается много меньше интенсивности опорного.

Оба пучка совмещаются в пространстве на входе 9 регистратора. В случае использования опорного пучка с линейной поляризацией. плоскость поляризации пробного пучка устанавливается под углом 45 по отношению к плоскости поляризации опорного. В этом случае на входе регистратора происходит следующее. Интенсивный линей.но-поляризованный свет опорного пучка наводит в кристалле GaAs двулучепреломление, под действием которого изменяется начальная поляризация пробного пучка ° В результате этого через элемент 10, который устанавливается так, чтобы не пропускать перво начальную поляризацию пробного пучка, проходит световой импульс, регистрируемый элементом 11. Оптическая задержка 5 устанавливается в такое положение, при котором сигнал с элемента 11 становится максимальным.

Эта величина отсчета оптической задержки фиксируется. Далее после установки исследуемой среды, определяется новое значение отсчета оптической задержки, при которой также наблюдается максимальный сигнал с элемента 11.

Способ основан на способности интенсивного опорного пучка с циркулярной или линейной поляризацией, о направленной под углом 45 к плоскости поляризации пробного, наводить в кристалле GaAs гиротропию, двулучепреломление и дихроизм, в результа те чего изменяется начальная поляризация пробного пучка. В качестве пробного пучка используют пучок с линейной поляризацией, а в качестве опорного пучка — с циркулярной либо линейной поляризацией (в последнем случае плоскость поляризации располагается под углом 45 к плоскости поляризации пробного пучка).

Для того чтобы исключить зависимость показателя преломления от ве-. личины интенсивности света, интенсивность пробного пучка выбирают много меньшей интенсивности опорного пучка.

Пробный и опорный пучки совмещают в пространстве на входе регистратора, который предлагается выполнить в виде пластинки из GaAs. Это осуществляется для того, чтобы могла меняться первоначальная поляризация пробного пучка. При этом изменение поляризации пробного пучка максимально при равенстве оптических путей пробного и опорного пучков, что обеспечивается временным совмещением этих пучков на входе регистратора. Пробный пучек с первоначальной поляризацией не пропускается призмой Глана, стоящей между пластинкой GaAs и фотопри-. емником. Для того чтобы добиться равенства оптических путей пробного и опорного пучков, оптический путь опорного пучка регулируют оптической задержкой до появления максимального электрического сигнала на фотоприемнике, что соответствует определенной величине оптической задержки, 1280501 которую регистрируют. Регистрацию производят для того, чтобы относительно этой величины в дальнейшем судить об изменении оптического пути пробного пучка, создаваемом исследуемым образцом. Для нахождения этого изменения на оптическом пути пробного пучка устанавливают исследуемый образец, после этого повторно изменяют оптическую задержку опорного пучка и добиваются появления максимального электрического сигнала.

Поскольку оптический путь пробного пучка изменился, а максимальный электрический сигнал регистратора появляется только при равенстве оптических путей пробного и опорного пучков, то максимальному сигналу будет соответствовать другая величина оптической задержки, которую так- 20 же регистрируют. Искомый параметрпоказатель преломления определяют по формуле

i 2 (а-b)

n =(- — — — — +11. и b

/ У где а — величина оптической задержки, соответствующая максимальному сигналу на регистраторе в отсутствие ис- 30 следуемого образца, мм, b — величина оптической задержки, соответствующая максимальному электрическому сигналу на регистраторе при наличии исследуемого образца, мм, d— толщина исследуемого образа; n †показатель преломления воздуха для данной длины волны.

Пример конкретной реализации способа. 10

Монохроматический пучек света расщеплялся на два пучка — пробный и опорный. В качестве опорного пучка использовался пучок с циркулярной поляризацией и интенсивностью 45 .2

100 МВТ/см, в качестве пробного— пучок с линейной поляризацией и.интенсивностью 1 МВт/см . Оба пучка совмещались в пространстве на поверхности пластины GaAs, являющейся вхо- gp дом регистратора. Совмещение регулировалось при помощи отражательного элемента, а также двумя собирающими линзами, расположенными на оптическом пути пробного и опорного пучков перед входом регистратора, и наблюдалось на фотобумаге, которая для этой цели располагалась вместо пластинки GaAs. После указанной настройки фотобумага заменялась пластинкой из СаЛя. После этого совмещалось время прихода на вход регистратора опорного и пробного пучков посредством оптической задержки, как в отсутствие исследуемого образца, так и при его установке на пути пробного пучка. 0 моменте совмещения пучков во времени судили по появлению максимального сигнала на выходе регистратора (фотоприемника), при этом в обоих случаях каждый раз производилась подстройка пространственного совмещения пучков, что приводило к еще большему возрастанию уровня сигнала на выходе регистратора. Регистрировалась величина отсчета оптической задержки соответственно до и после установки исследуемого образца. Величина отсчета оптической задержки в момент совмещения обоих пучков во времени составила без образца 66,355 мм, а с образцом

63,376 мм (NaC1). Показатель преломления воздуха для использованной длины волны считался paBHbM 1. Показатель преломления для NaC1 рассчитанный по приведенной формуле, составил п = 1,531. Показатель преломления, определяемый по способу прототипу, составил по оценочным данным 1,5+0,5. Сравнение этих двух величин свидетельствует о повышении точности определения. При использовании пластины из исследуемого ма.териала с большей толщиной, а также более точной оптической задержки можно повысить точность определения показателя преломления среды еще на порядок.

Таким образом, способ позволяет повысить точность определения показателя преломления по сравнению с

3 известными в 10 раз, расширить рабочий диапазон длин волн в 1,7 раза от 0,8 до 1,8 мкм, приводит к упрощению определения показателя преломления за счет использования более простого и дешевого регистратора, а также за счет исключения длительного и трудоемкого процесса измерения и обработки информации при определении показателя преломления с помощью фотохронограмм.

Формула изобретения

Способ определения показателя преломления в инфракрасной области

128050

2 (а-Ь)

)) jn =(Й

+1). n b

Составитель С. Голубев. Редактор А.Долинич Техред А,Кравчук Корректор И .Эрдейи

Заказ 7060/48

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 спектра, включающий расщепление монохроматического пучка на пробный и опорный, их регистрацию после прохождения одинакового оптического пути в отсутствие исследуемого образца и при установке образца на пути пробного пучка и последующее нахождение исследуемого параметра по временному сдвигу пробного пучка, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повы- 10 шения точности, расширения рабочего диапазона и упращения способа, после расщепления монохроматического пучка пробный пучок преобразуют в пучок с линейной поляризацией, а опорныйс циркулярной или линейной, направо ленной под углом 45 к плоскости поляризации пробного пучка, затем указанные пучки совмещают в пространстве на входе регистратора, представ1 б ляющего собой пластину из GaAs, а при регистрации пучков совмещают время их прихода на вход регистратора посредством оптической задержки, причем о моменте совмещения пучков во времени судят по появлению макси- . мального электрического сигнала на выходе регистратора, при этом региСтрируют величины отсчета оптической задержки а и Ъ соответственно до и после установки исследуемого образца, а показатель преломления и определяют из следующего соотношения: где d — толщина исследуемого образа; п — показатель преломления возь духа для данной длины волны.