Голографическое устройство

 

Изобретение относится к голографии и может быть использовано в эллипсометрии для определения параметров Стокса, а также для исследования анизотропных объектов в биологии, медицине, кристаллофизике и других областях. Цель изобретения - повышение точности определения параметров Стокса. Устройство содержит лазер, оптически связанный с регистрирующей средой через предметный канал, содержащий зеркало, объект, и опорный канал, содержащий зеркало, цилиндрические линзы и поляризационную призму в виде прямоугольной кюветы с перегородкой по диагонали, при этом одна часть кюветы заполнена оптически активным веществом с положительным направлением вращения плоскости поляризации, а другая-иммерсионной жидкостью или другим оптически активным веществом. Для реализации цели в устройство введены две четвертьволновые пластины, положение центров которых определяется условиями: @ Y<SB POS="POST">1,2</SB>=J<SB POS="POST">1,2</SB>(COSΘTGΑ)/J<SB POS="POST">0</SB>C-L/L<SB POS="POST">1</SB>

φ/4+β≤J<SB POS="POST">1</SB>≤φ/2-β

φ/2+β≤J<SB POS="POST">2</SB>≤3φ/4-β . При этом диаметры D пластинок определяются из соотношения (9,76λJ<SB POS="POST">0</SB>C(L-L)L<SB POS="POST">1</SB>)/φСОSΘTGΑ<SP POS="POST">.</SP>LΔ*98(φСОSΘTGΑ<SP POS="POST">.</SP>L)/18J<SB POS="POST">0</SB>C<SP POS="POST">.</SP>L<SB POS="POST">1</SB> , где Y<SB POS="POST">1</SB>, Y<SB POS="POST">2</SB> - расстояния центров круглых четвертьволновых пластинок в плоскости поляризационного спектра от его начала

J<SB POS="POST">1</SB>J<SB POS="POST">2</SB> - азимуты поляризации излучения, падающего на четвертьволновые пластинки

λ - длина волны излучения

J<SB POS="POST">0</SB> - удельное вращение активного вещества призмы

C - концентрация активного вещества.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ц11 4 G 03 Н 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПЧРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1149206 (21) 4381219/31-25, (22) 23.02.88 (46) 07.10.89. Бюл. ¹ 37 (71) Харьковский государственный университет им. А.M. Горького (72) A.H. Согоконь и .В.П. Титарь (53) 772.99(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1149206, кл. G 03 Н 1/04, 1983. (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к голографии и может быть использовано в эллипсометрии для определения параметров Стокса, а также для исследования анизотропных объектов в био-. логии, медицине, кристаллофизике и других, областях. Цель изобретения повышение точности определения параметров Стокса. Устройство содержит лазер, оптически связанный с регистрирующей средой через предметный канал, содержащий зеркало, объект, и опорный канал, содержащий зеркало, цилиндрические линзы и поляризаИзобретение относится к голографии, может быть использовано в эллипсометрии для определения параметров Стокса, а также для исследования анизотропных объектов в биологии, медицине, кристаллофизике и других областях и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1149206.

Целью изобретения является повышение точности определения параметров Стокса.

„„SU„„1513413 А 2 ционную призму, в виде прямоугольной кюветы с перегородкой по диагонали, при этом одна часть кюветы заполнена оптически активным веществом с положительным направлением вращения плоскости поляризации, а другая — иммерсионной жидкостью или другим оптически активным веществом.

Для реализации цели в устройство введены две четвертьволновые пластины, положение центров которых определяется условиями: у, =ф, (соя 8 х

" М /ДРо С 1/1гТ/4+ (5 (ц, < и /2- 3;

Т/2+(Ъ =q с Зн /4 — P. При этом диаметры

D пластинок определяются из соотношения (9, 76ЪЦ,С(1,-1) 1,)/псоз9 где?.( (D а (7 cos8tg с 1) /18(,С 1„, где у, у — расстояния центров круглых четвертьволновых пластинок в плоскости поляризационного спектра от

его начала; ц, р — азимуты поляризации излучения, падающего на четвертьволновые пластинки; — длина волны излучения; (. — удельное вращение активного вещества призмы; С вЂ” концентрация активного вещества. 2 ил.

На фиг. 1 показан поляризационный спектр опорного пучка и отмечены участки, в которых возможно расположение четвертьволновых пластинок; на фиг. 2 — схема предлагаемого устройства.

На схеме показаны лазер i, плос- кое зеркало 2, светоделитель 3, сферическое зеркало 4, объект 5, голограмма 6, второе плоское. зеркало 7, цилиндрические линзы 8, поляризчцион151341 ная призма 9, четвертьволновые пластинки 10, В качестве.лазера использовался гелий-кадмиевый лазер ЛПИ-11 ге9 5 нерирующий излучение на длине волны

442 нм. Светоделитель 3 представляет собой плоскопараллельную стеклянную пластинку толшиной 10 мм. Поляризационная призма 9 выполнена в виде 10 стеклянной кюветы размером 18 х 24 х х 5 см " перегородкой по диагонали.

Одна часть кюветы заполнена 60Х-ным раствором сахара, а другая — глицерином. Чегвертьволновые пластинки диа- 15 метром 10 мм располагаются на расстоянии 10 см от поляризационной призмы. Объект 5 представляет собой матовое стекло, на которое наклеены пластинки слюды. Зеркала 2, 4 и 7 — 20 с алюминиевым покрытием.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 зеркалом 2 направляегся на светоделитель 3, при поМощи которого делят излучение на предметный и опорный каналы. Пред- . метный пучок отражается от сферического зеркала 4 и направляется на исследуемый объект 5 и голограм- 30 му 6. Опорный пучок отражается от зеркала 7 и направляется на скрещен-ные цилиндрические линзы 8, которые формируют пучок с прямоугольным сечением. Далее этот пучок проходит через поляризационную призму 9, создающую на выходе сложное распределение состояния поляризации опорного пучка (фиг, 1) . Часть этого излучения проходит через четвертьволновые пластинки 10 и преобразуется в излучение с круговой (правой и левой) поляризацией, По голограмме 6, записанной с таким опорным пучком, определяют параметры Стокса, предметной волны. Для этого измеряют интенсивность восстановленного изображения в тех участках голограммы, на, которые падало опорное излучение с азимутом 0; /4; 7 /2; 37/4, а также с левой и правой круговой поляризацией.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для описания состояния поляризации световой волны обычно используют два параметра: угол эллиптичности и азимут большой оси эллипса поляризации, Однако это описание адекватно только для полностью поляризованного излучения Для описания характеристик частично поляризованного излучения используют параметры

Стокса

Ва Ео + Е< / ю 2 Е;1 !4 Е

Ео Е ; э Я Е в, — Ig которые определяют в результате измерения интенсивности излучения I, прошедшего через линейный поляризатор при различных ориентациях плоскости пропускания. Измерение интенсивности компонент с левой и правой круговой поляризацией производят с помощью компенсатора.

Введение в устройство двух четвертьволновых пластинок необходимо для того, чтобы в пол.яризационном спектре, создаваемом поляризационной призмой. получить компоненты с правой и левой круговой поляризацией. Это позволяет по изображению, восстановленному одной голограммой, измерить интенсивности компонент Е ; I-„ », I,(g I 4, Е ь; 1 p H G P еДелить по ним параметры Стокса, не прибегая к дополнительным измерениям, В результате повышается точность определения параметров Стокса. Повышению точности способствует также и то обстоятельство, что все измеренные компоненты расположены вдоль одной прямой и голограмма регистрируется на одной среде.

Поляриэационные компоненты, азимуты которых находятся в интервалах от ii/4 до /2 и от и /2 до 3n/4, не используются для определения параметров Стокса. Поэтому именно в этих участках наиболее целесообразно расположить четвертьволновые пластинки (фиг. 2). При этом ориентация быстрых осей пластинок выбирается. таким образом, чтобы одна пластинка преобразовывалаподающее линейно поляризованное излучечие в излучение. с правой круговой поляризацией, а другая с левой. Координаты центров и .диаметры круглых четвертьволновых пластинок определяют иэ следующих предпосылок.

Изменение азимута поляризации излучения, прошедшего через поляризационную призму, описывается следующим образом: (2) 13413 и cos9tRDL 1

D Ь . макс 18< C

Ъ-V=1,/1у, (4) (5) где у„, у —

50.

5 15 где p — удельное вращение активного вещества призмы;

d — толщина слоя активного вещества поляризационной нризмы;

С вЂ” концентрация активного вещества °

Зависимость азимута поляризации от координаты V на выходной грани призмы (фиг. 2) можно представить в виде

b-V у=q,c — — — —, (3)

cosetgW где Ъ вЂ” линейный размер основания призмы.

Из геометрических соотношений находим, что где у — текущая координата центра четвертьволновой пластинки в плоскости проекции на нее поляризационного спектра, которая отстоит на расстоянии 1 от формирователя пучка.

После подстановки (3) в (4) находим координаты центров пластинок

FD cosgtRoL 1 у

fn C о 1 где ®, < — азимуты поляризации излучения, падающего на четвертьволновые пластинки, Четвертьволновые пластинки необходимо располагать так, чтобы они не искажали интенсивности компонент

I() s I(g, I ill, I <(q. Поэтому с учетом угловых размеров четвертьволновых пластинок вводятся ограничения на диапазоны изменения азимутов поляризации (,.и <.Р . При этом необходимо учитывать также влияние на точность измерения дифракции на краях пластинок. Первый дифракционный максимум не должен попадать в участки поляризационного спектра с азимутами <

С учетом дифракционного предела и геометрических соотношений (5) находим минимальный диаметр пластинки

9 76 Ag С (L-1) 1<

? У

Максимальный диаметр пластинки определяется градиентом азимута в плоскости поляризационного спектра и с учетом (5) принимает значение

Тогда максимальный угловой размер пластинки равен

10 макс /1-

Таким образом, на основании полученных соотношений достигается Оптимальное расположение четвертьволновых пластинок, что устраняет искажения измерений интенсивностей поляризационных компонент и по сравнению с известным устройством повышает точность определения параметров

Стокса.

Формула изобретения

Гол<.графическое устройство по авт. св. N - 1149206, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения параметров

Стокса, в него введены расположенные между поляризатором и регистратором две круглые четвертьволновые пластинки, положение центров которых определяется условиями

cosHtp0L 1 у, гв <.2 q С 1< т /4 + 8а cq с7/2 — 8;

35 << /2 + 8 g 3 к/2 — 8, при этом диаметры D пластинок определяются из соотношения

9 761«р С(1.-1)1<

1 513413

У/Г юг.f

Составитель В. Аджалов

Техред Д.Олийнык, Редактор И. Шулла

Корректор Л, Бескид

Заказ 6077/46 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Процзво,oòâåíltî-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101

С .- концентрация активного вещества;

1 " расстояние от формирователя расходящегося пучка до четвертьволновой пластинки

1 — расстояние от формирователя пучка до выходной грани поляризатора;. — расстояние от формирователя пучка до регистратора (3 - максимальный угловой размер четвертьволновых пластинок и других рабочих зон поляризационного спектра; — длина волны излучения.