Устройство для определения показателя преломления

 

Сущность изобретения: устройство содержит светоделитель и последовательно расположенные источник монохроматического излучения, объектив, диафрагму и устройство поворота исследуемого образца, а также систему анализа интерференционной картины, плоское зеркало, расположенное за устройством поворота исследуемого образца перпендикулярно оптической оси, при этом светоделитель расположен за источником монохроматического излучения и ориентирован под углЬм 45° к оптической оси, а система анализа интерференционной картины расположена в плоскости изображения источника излучения, сформированного объективом и светоделителем. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (е9) (з з) (я)э G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4808034/25 (22) 02,04.90 (46) 15.08,92, Бюл, № 30 (71) Центральное конструкторское бюро

"Пеленг" (72) С.А.Александров и И,В,Черных (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1017978, кл, G 01 М21/41, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 155078, кл. G 01 N 21/45, 1987, Betrler К„бгопе А., Schmidt N., Voingt Р.

Interfегоmetrlc meascement of refractlve

indices. Rev,Sci. lnstrom., v.59, 1988, И 4, р,652-653. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

Изобретение относится к оптическйм измерениям и может быть использовано для определения абсолютного значения показателя преломления оптических материалов.

Известны устройства, позволяющие определять показатели преломления образцов оптических материалов, выполненных в виде плоскопараллельных пластин.

Однако, устройство не обеспечивает высокой точности измерений, так как у него ограничен диапазон поворота образца изза взаимного смещения интерферирующих световых пучков и низок контраст интерференционных полос из-за разной интенсивности этих световых пучков, Кроме того, для определения с помощью этого устройства показателя преломления необходимо предварительно с высокой точностью измерять толщину исследуемого образца.

2 (57) Сущность изобретения: устройство содержит светоделитель и последовательно расположенные источник монохроматического излучения, объектив, диафрагму и устройство поворота исследуемого образца, а также систему анализа интерференционной картины, плоское зеркало, расположенное за устройством поворота исследуемого образца перпендикулярно оптической осй, при этом светоделитель расположен эа источником монохроматического излучения и ориентирован под угли()м 45 к оптической оси, а система анализа ийтерференционной картины расположена в плоскости изображЕНИя ИСтОЧНИКа йэЛуЧЕНтИбя, СфОрМИрОВаНного объективом и светоделителем. 1 ил.

Устройство не требует предварительно- (Л го определения толщиныт образца, посколь- ( ку îía onðåäåëÿåòcÿ в процессе измерений. д

Однако, оно так же не обеспечивает высокой точности измерейий, так как имеет малую чувствительность к измеряемой величине.

Нзиболее близкиитм к изобретению леле-: иле ется устройство, которое и выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит источник монохроматического излучения, объектив, интерферометр Маха-Цендера, устройство поворота исследуемого образца и систему анализа интерференционной картины, Устройство позволяет определять абсолютный показатель преломления образца по изменению порядка интерференции в зависимости от угла поворота образца. Изменение порядка интерференции соответствует числу интерференционных полос N, пробе1755125 жавших через анализируемую точку изображения при развороте образца. Образец для измерений йзготавливается в виде плоскопараллельной пластинки.

К ocHoBHbfM недостаткам грототипа следует отнести снижение точности измерений за счет смещения светового пучка, прошедшего через образец, при его повороте, а также сложность"конструкции.

Смещение светового пучка при повороте образца приводит к-. ЬМень жестким требованиям k качеству изготовления оптических элементов (обьектйвов, зеркал, светоделителей), т.е. при этом интерферируют не одноименные лучи света и погрешности изготовления непосредственно складываются с погрешностью определения величины изменения порядка интерференции. Это также накладывает ограничение на максимальный диаметр световых пучков(при допустимой погрешности 0,01 полосы диаметр не более нескольких миллиметров); к уменьшению койтраста интерференционных полос по ме-. ре разворота образца и к их полному исчезновению в области фотоприемника при смещении, равном половинедиаметра"световых пучков. Это накладывает существенные ограничения на величину диайазона углов поворота образца. Величина сме(цения определяется следующей формулой: г õ> где! — толщина образца; а — угол поворота, n — показатель преломления.

Иэ (1) следует, что при 1 = 10 мм, n - 1,6 и диаметре светового пучка 6 мм, максимальный угол, на который можно развернуть образец, равен 40О.

Ограничение величины диапазона углов поворота образца также снижает точность определения показателя преломления.

Действйтельно, чем больше угол поворота образца, тем больше число пробежавших интерференционных полос N, r.е, при постоянной погрешности определения числа пробежавших полос A N, относительная

ЛN погрешность д N = c увеличением угла поворота уменьшается. Погрешность определения показателя преломления Л п можно рассчитать по следующей эмпирической формуле:

1,77

Лл=ьй 12® л-1 (2)

Я 0,6 (0,79a ) где ам — величина максимального угла разворота образца, град;

20

ЭО

N1 =; - (Và n — sin al — cos а1 — n + 1 )

2е

Ni= - -(VÃé — sin a< — соза1 — и+11

2е г г (3) где a> — текущий угол разворота образца

45 (угол между нормалью к образцу и оптической осью);

А- длина волны источника излучения;

Nl — количество прошедших интерфе,,:,ренционных полос при развороте образца от а=Одоа=а

5

1 — число контролируемых углов разворота образца.

Из (2) видно, что с уменьшением угла поворота образца погрешность определения показателя преломления увеличивается, Цель изобретения — повышение точности измерений и упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения показателя преломления; -содержащее последовательно расположенные источник монохроматического излучения; объектив, устройство поворота,. исследуемого образца, а также систему анализа интерференционной картины, введены плоское зеркало, установленное по ходу излучения эа устройством поворота исследуемого образца перпендикулярно оптической оси, и светоделитель, отражающая грань которого ориентирована под углом 45 к оптической оси, расположенный между источником монохроматического излучения и объективом, а система анализа интерференционной картины расположена в плоскости автоколлимационного иэображения источника излучения, сформированного объективом с помощью зеркала и светоделителя

Определение показателя преломления и толщины исследуемого образца проводится путем измерения количества интерференционных полос, прошедших через систему анализа, в зависимости от угла поворота образца, При этом величину показателя преломления и образца и его толщину

f находят иэ решения системы уравнений

Повышение точности в заявляемом техническом решении достигается за счет уменьшения влияния внешних воздействий (вибраций, конвекционных потоков воэдуха), обеспечения возможности проведения измерений в широком диапазоне углов поворота исследуемого. образца,(0 + 90О) и двойного прохождения света через образец.

1755125

5 6

Уменьшение влияния внешних воэдей- образца 8 и является опорной, а другая ствий происходит за счет того, что в отличйе часть дважды проходит через образец 8. от прототипа оба интерферирующих свето- Отразившись от зеркала 6, обе волны попавых пучка формируются одними и теми же дают в объектив 3, который с помощью свеэлементами устройства. что уменьшает вли- 5 тоделителя 2 формирует в своей фокальной яние вибраций, и пространственно распо- плоскости интерференционйые полосы. Реложены близко друг к другу, что уменьвает гистрация и обработка интерференционной влияние конвекционнйх пОТоКоВ воздуха, картины осуществляется системой анализа

Возможность проведения измерений интерференционной картины 7,. При раэвопри больших углах разворота образца обес- 10 роте исследуемого . образца 8 с помощью печивается путем устранения смещения ин-. устройства поворота 5 фаза светового пучтерферирующих световйх пучков в области ка; прошедшего через образец, изменяется, формирования интерференционной карти- что приводит к перемещению интерференнызасчетавтоколлимациойногоотражения ционных полос в плоскости рЕгйстрации. прошедшего через образец света от введен- 15 Система анализа 7 регистрирует число проного плоского зеркала. При этом погреш- шедших интерференционных полос Nt, в заность изготовления оптических элементов висимости от величины угла поворота значительно меньше, чем в прототипе, бу- образца а1; который измеряется с подет влиять.на точность определения показа- мощью датчика угловых перемещений. Подтеля преломления, . 20 становкой измеренных значений N и а в

Как следует из (2), с увеличением угла систему уравненйй (3) определяются покаповорота образца точность определения затель преломления и и толщина I образца. показателя преломления увеличивается. Таким образом, испольэовайие предлаНапример, для образца c I 10 мм, и = 1,6.: . гаемого технического решения позволяет при максимальном угле разворота % .= 40 25 повысить точность измерений, снизить треи при числе контролируемых углов = 10, бования к качеству оптических деталей, погрешность в определении показателя уменьшить влияние внешних условий на репреломления составит Лn = 2 1О . зультат измерений, а также упростить кон-з

При тех же условиях, но при увеличении струкцию устройства. максимального угла поворота до 80О, по- 30 Формула изобретения грешность в определении показателя пре- Устройство для определения покаэателомления будет Л n = 4,8 10, Таким ля преломления, содержащее последова-5 образом, точность определения показателя тельно расположенные источник преломлениявозрослаприблизительнов40 монохроматического излучения, объектив, раэ. 35 устройство поворота исследуемого образНа чертеже представлена принципи- ца,атакжесистемуанализаинтерференциальная схема устройства для определения онной картины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, показателя преломления. - . что, с целью повышения точности измереУстройство содержит последовательно ний и упрощения конструкции, в него введерасположенные источник монохроматиче- ны плоское зеркало, установленное ito ходу ского излучения 1, светоделитель 2, объек- 40 излучения эа устройствоМ поворота после тив 3, диафрагму 4, устройство поворота исследуемого образца перпендикулярно исследуемого образца 5, зеркало 6, а также оптической оси. и светоделитель, отражаюсистему анализа интерференцйонной кар- щая грань которого ориейтирована под угтины 7. Исследуемый образец 8 закреплен лом 45 к оптической оси, расположенный на оси устройства поворота 5..: 45 между источником монохроматического изУстройство работает следующим обре- лучения и объективом, а система анализа зом. интерференционной картины расположена

Источник монохроматического излуче- в плоскости автоколлимационного изобрания 1 с помощью объектива 3 и диафрагмы . жения источника излучения, сформирован4 формирует плоскую световую волну, одна 50 ного объективом с помощью зеркала и часть которой проходит мимо исследуемого светоделителя.

1755125

Составитель И.Черных

Техред M.Moðãeíòàë

Корректор Н,Тупица

Редактор M,Òîâòèí

Производственно-издательский комбинат" Патент",г.Ужгород,уд. Гагарина,101

Заказ 2886 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4(5