Способ измерения углов рефракции

 

Изобретение относится к физической оптике, в частности к технике использования структуры вещества фазовохаотических объектов при наличии двулучепреломления, и может быть использовано в кристаллооптике, полупроводниковом приборостроении, неразрушающем контроле состояния поверхностной и объемной составляющих объекта и других отраслях науки и техники. Цель - повышение точности измерения углов рефракции, а также расширение возможности способа путем измерения распределения углов рефракции на фазовохаотических объектах с размерами неоднородностей порядка длины волны освещающего света. Способ состоит в облучении объекта высококогерентным лазерным излучением с плоским волновым фронтом, регистрации негативного транспаранта, перед которым установлен анализатор с осью пропускания, ортогональной плоскости поляризации освещающей волны, сканировании поля излучения пропущенного транспарантом, выделении корреляционных зон пропускания такого изображения и измерении интенсивности, по которой судят о функции распределения углов рефракции на фазовохаотическом оптически анизотропном экране. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1670542 А1 (!9) (((! (s!)5 G 01 N 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (с

О (Л фь

М (21) 4673024/25 (22) 09.01.89 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (71) Черновицкий государственный университет (72) М,Т.Стринадко и А.У.Ушенко (53) 772,99 (088.8) (56) Вест Ч. Голографическая интерферометрия. — М.: Мир, 1982, с. 284-292.

Мальцева Н.А. и Пресняков Ю.П. О воэможности прямых измерений углов рефракции на основе спекл-эффекта; — Оптика и спектроскопия, 1987. т. 63, вып. 3, с. 689690. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ РЕФРАКЦИИ (57) Изобретение относится к физической оптике, в частности к технике использования структуры вещества фазовохаотических объектов при наличии двулучепреломления, и может быть использовано в кристаллооптике, полупроводниковом приборостроес

Изобретение относится к физической оптике, в частности для использования структуры вещества фазовохаотических объектов при наличии двулучепреломления, и может быть использовано в кристаллооптике, полупроводниковом машиностроении, при нераэрушающем контроле состояния поверхностей и объемных составляющих обьекта и других отраслях науки и техники.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение класса решаемых задач эа счет обеспечения прямого нии, неразрушающем контроле состояния поверхностной и обьемной составляющих обьекта и других отраслях науки и техники.

Цель — повышение точности измерения углов рефракции, а также расширение возможности способа путем измерения распределения углов рефракции на фазовохаотических объектах с размерами неоднородностей порядка длины волны освещающего света. Способ состоит в облучении объекта высококогерентным лазерным излучением с плоским волновым фронтом, регистрации негативного транспаранта. перед которым установлен анализатор с осью пропускания, ортогональной плоскости поляризации освещающей волны, сканировании поля излучения пропущенного транспарантом, выделении корреляционных зон пропускания такого изображения и измерении интенсивности, по которой судят о функции распределения углов рефракции на фазовохаотическом оптически анизотропном экране. 1 ил. измерения углов рефракции на фазовохаотическом обьекте с размерами неоднородностей порядка длины волны облучающего излучения.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предложенный способ, Устройство Содержит источник 1 излучения 1, коллиматор 2, четвертьволновую пластинку 3, изолятор 4, объект 5, обьектив 6, анализатор 7, спеклтранспарант (иэображение поверхности фазовохаотического объект-экрана) 8, полевую диафрагму 9, фотоэлектронный умножитель 10, сканиру1670542 ющее устройство 11„устройство 12 связи с объектом, .мими-ЭВМ 13 "Электроника ДЗ28".

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает излучение одномодового лазера ЛГ-38 (источник 1 излучения). Коллиматор 2, состоящий из двух объективов, служит для расширения пучка и формирования волны с плоским волновым фронтом. Пластинка 3 ориентируется таким образом, что ее ось наибольшей скорости составляет угол 45 с плоскостью поляризации лазерного пучка, что позволяет получить циркулярную поляризацию освещающего пучка. Поляризатор 4 выделяет плоскополяриэованную волну с азимутом световых колебаний, совпадающим с плоскостью падения. Объект 5 осуществляет поляриэационно-фазовую модуляцию лазерного пучка, Объектив 6 проецирует когерентное иэображение поверхности фаэовохаотического экрана через анализатор 7, ось пропускания которого ортогональна плоскости падения, в плоскость высокоразрешающего фоторегистрирующего слоя 8. Он проявляется на месте, в результате получается негативное изображение ансамбля зон корреляции на поверхности фазовохаотического экрана. Полевая диаграмма 9 выделяет зоны корреляции. Ее размер выбирается порядка 1/10 части размера зоны корреляции. Фотоэлектронный умножитель измеряет интенсивность излучения, прошедшего сквозь изображение зоны корреляции на спеклтранспаранте 8, при ориентациях оси пропускания анализатора

7 соответственно 0 и 90 относительно плоскости падения. Затем с помощью мини3ВМ 13 рассчитывают значение локального угла рефракции, Далее путем сканирования выделяют новую зону корреляции и, таким образом, определяют массив значений углов рефракции на фаэовохаотическом оптически анизотропном экране, который накапливается в памяти устройства 12 связи и статистически обрабатывается на мини-3ВМ 13. В результате получается распределение значений углов рефракции.

Способ осуществляется следующим образом.

Задают плоскость поляризации освещающей экран лазерной волны, совпадающей с плоскостью падения, Устанавливают поляризатор перед фоточувствительным слоем, который предназначен для регистрации когерентного изображения поверхности фаэовохаотического экрана, в ситуации когда ось пропускания поляризатора перпендикулярна плоскости падения, В этом случае регистрируются только те эоны корЗатем на регистрированный транспарант проецируюг иэображение поверхности фаэовохаотического экрана, 50

В ситуации, когда оси поляризатора и анализатора составляют угол 90, сквозь транспарант проходит излучение только от тех эон корреляции, которые образованы в результате взаимодействия оптического излучения с анизотропными участками экрана, которые и обусловливают рефракцию световых лучей.

55 реляции, которые соответствуют оптически напряженным аниэотропным участкам экрана. Проецируют иэображение поверхно5 сти,экрана в плоскость светочувСтвительного слоя. Осуществляют необходимую фотохимическую обработку . фотослоя, получая транспарант, представляющий собой изображение поверхнос и

10 экрана, образованное совокупностью эон корреляции, характеристики которых однозначно связаны с параметрами анизотропии фазовохаотического экрана.

Корреляционные эоны представляют

15 собой участки изображения, обладающие однородными по площади значениями амплитуды, фазы и поляризации световых колебаний. Причем корреляционные эоны формируются в результате взаимодействия

20 освещающего(однородного по параметрам) светового поля с веществом фазовохаотического экрана. Поэтому характеристики их световых колебаний однозначно взаимосвязаны с параметрами самого экрана. Следо25 вательно, зарегистрированный на фотослое ансамбль зон корреляции иэображения фазовохаотического экрана представляет собой фильтрующий элемент, с помощью которого можно непосредственно оцени30 вать характеристики тех эон корреляции, которые соответствуют анизотропным участкам вещества экрана, т,е. прямо оценивать величину рефракции, связанную с величиной двулучепреломления.

35 В прототипе в качестве освещающего объект поля используют спеклполе, образованное в результате статистической интерференции когерент» ого лазерного излу- ения при его прохсждении через диф40 фузный рассеиватель. Таким образом, в прототипе реализуется не прямой способ исследования параметров оптического поля, пропущенного объектом, а опосредованный анализ углов рефракции по величине

45 смещения спеклов освещающего поля под действием оптических неоднородностей объекта исследования.

1670542

Для анализа параметров пропущенного таким образом излучения сканируют это поле по всей площади зэ транспарантом.

Локальный анализ параметров прошедшего сквозь транспарант иэображения проводится посредством измерения его интенсивности при двух положениях оси анализатора: перпендикулярно и параллельно плоскости падения. Это обеспечивает возиожность определения эллиптичности поляризации световых колебаний в зоне корреляции иэображения поверхности фаэовохаотического экрана. По величине найденной эллиптичности судят о величине двулучепреломления вещества экрана и связанной с ней величине угла рефракции.

В качестве обьекта исследования использовали плоскопараллельный образец плавления кварца, одну иэ сторон которого шлифовали абразивом со средним размером микрозерен 5 мкм. В этом случае были реализованы следующие средние линейные и угловые размеры микронеровностей; 2 мкм и 5 . Это обусловливало формирование в процессе когерентного рассеяния на поверхности объекта совокупности зон корреляции со средним размером 5 Я. Данные эоны корреляции отображались объективом

6 в плоскость регистрации с увеличением

25х, что обеспечивало возможность измерения параметров поля в пределах зоны корреляции полевой диафрагмой 9, размер которой 2 мкм, что соот аетствовало выделению 1/10 части зоны корреляции.

В качестве фоторегистрирующего топологию оптически напряженных (аниэотропных) участков обьекта испольэовали транспарант 8, представляющий собой высокоразрешающие пластинки типа ВРЛ.

Интенсивность прошедшего через транспарант 8 излучения измеряли с помощью фотоэлектронного умножителя

ФЭУ-112.

Способ повышает точность измерения углов оефракции, поскольку размеры зон корреляции составляют величину порядка

10 — 10 м, а расстояние до плоскости спеклтранспаранта составляет 10 — 1 м.

Следовательно, способ позволяет прово5 дить измерения углов рефракции с точностью, сравнимой с 10 рад, что на один порядок выше точности измерений, достигаемой в прототипе, Помимо этого, способ расширяет возможности измерения углов

10 рефракции для статистических фазовых экранов с двулучепреломляющими областями размерами порядка длины волны освещающего света с укаэанной точностью. При этом извлекается информация не только об

15 абсолютных значениях углов рефракции, а и об их статическом распределении.

Формула изобретения

Способ измерения углов рефракции, включающий регистра цию с пекл-тра нспа20 ранта, облучение обьекта и спекл-транспаранта когерентным лазерным излучением с плоским волновым фронтом. сканирование и измерение интенсивности фотоприемником поля излучения, прошедшего объект и

25 спекл-транспарант, расчет функции распределения углов рефракции, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения класса решаемых задач путем обеспечения прямого измере30 ния углов рефракции на фазовохаотическом обьекте с размерами неоднг родностей порядка длины волны облучающего излучения, в качестве спекл-транспаранта используют зарегистрированное изображение поверх35 ности фаэовохаотического обьекта, причем спекл-транспарант регистрируют излучением, прошедшим поляризатор с осью пропускания ортогональной плоскости падения излучения, облучение обьекта и спекл40 транспаранта производят при установленном перед спекл-транспарантом анализаторе, а сканирование фотоприемником поля излучения последовательно осуществляют при ориентации оси

45 анализатора соответственно перпендикулярно и коллинеарно плоскости падения излучения.