Способ определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей и устройство для его осуществления

 

Сущность иэииретенияпоследовательно для множества точек плоскости регистрации равномерно изменяют разность оптических путей в разделенных пучках, после их совмещения вновь разделяют образовавшийся пучок света в соответствии с поляризацией, регистрируют две интерференционные картина, подсчитывают число полос, прошедших через точку регистрации, между моментом совпадения максимальных значений интенсивности света в двух опорных точках и моментом совпадения максимальных значений интенсивности света в двух точках регистрации, причем подсчет полос осуществляют в интерференционной картине, образованной световыми пучками, длина когерентности которых превышает диапазон изменения разности оптического пути, и одновременно измеряют фазовый сдвиг между опорной точкой и точкой регистрации в той же интерференционной картине, на основании измеренного количества полос и фазового сдвига определяют оптическую разность хода, которую вносит исследуемая оптическая неоднородность в зондирующий луч и по определенным для множества точек оптическим разностям хода рассчитывают искомый профиль показателя преломления Устройство содержит два источника монохроматического излучения с близкими длинами волн и с ортогональными плоскостями поляризации , два поляризационных светоделителя, устройство модуляции разности оптического пути, два фотоприемных устройства и два опорных фотоприемника, соединенные со схемой обработки сигналов, причем устройство для разделения пучка света и устройство для совмещения разделенных пучков выполнены в виде светоделительных пластин с металлическим полупрозрачным покрытием , а устройство модуляции разности оптического пути представляет собой плоское основание, выполненное в виде правильного многоугольника, по сторонам которого установлены вплотную друг к другу плоскопараллельные стеклянные пластины равной толщины. 2 ил (Л С XI XI Х| О (л CJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИА !ИСТИ tF СКИХ

РЕ(Т!УВЛИК (5!)5 G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

С> (Л (л) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853118/25 (22) 23.07.90 (46) 23.11.92. Бюл. N. 43 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) M.В.Преснов (56) О.Mare use. Refractive Index

determination by the focysing method.. — Appl.

opt., ч.18, 1979, р.9, D.Marcuse, Н.М.Presby. Focysing

method for nondes tructlve measurement of

optical fiber index profiles. — Appl, opt., v.18, 1979, р.14.

Chu РЛ ., Non — destructive measurement

of index profile of optical fiber preforms.—

Electron. Letts, ч.13, 1977, р.736.

WatkIns L.S, Laser beam refraction

traversely through à graded — Index preform

to determine gradient profile. — Appl. opt., v.18, 1979, р.2214.

Патент США ¹ 4565449, кл. G 01 В 9/02, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность иэооретения: последовательно для множества точек плоскости регистрации равномерно изменяют разность оптических путей в разделенных пучках, после их совмещения вновь .разделяют образовавшийся пучок света в соответствии с поляризацией, регистрируют две интерференционные картин i, подсчитывают число полос, прошедших через точку регистрации, между моментом совпадения максималь5XJ 1777053 А1 ных значений интенсивности света s двух опорных точках и моментом совпадения максимальных значений интенсивности света в двух точках регистрации, причем подсчет полос осуществляют в интерференционной картине, образованной световыми пучками, длина когерентности которых превышает диапазон изменения разности оптического пути, и одновременно измеряют фазовый сдвиг между опорной точкой и точкой регистрации в той же интерференционной картине, на основании измеренного количества полос и фазового сдвига определяют оптическую разность хода, которую вносит исследуемая оптическая неоднородность в зондирующий луч. и по определенным для множества точек оптическим разностям хода рассчитывают искомый профиль показателя преломления. Устройство содержит два источника монохроматического излучения с близкими длинами волн и с ортогональными плоскостями поляризации, два поляризационных светоделителя, устройство модуляции разности оптического пути, два фотоприемных устройства и два опорных фотоприемника. соединенные со схемой обработки сигналов, причем устройство для разделения пучка света и устройство для совмещения разделенных пучков выполнены в виде светоделительных пластин с металлическим полупрозрачным покрытием, а устройство модуляции разности оптического пути представляет собой плоское,основание, выполненное в виде правильного многоугольника, по сторонам которого установлены вплотную друг к другу плоскопараллельные стеклянные пластины равной толщины. 2 ил.

1777053

10

30

45

Изобретение относится к измерительной технике и может бить использовано для определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей путем использования принципов гетеродинной интерферометрии.

Известен способ определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей, основанный на светофокусирующих свойствах цилиндрических прозрачных тел, представляющих собой ци. линдрическую линзу при поперечном освещении. Освещая исследуемый объект в поперечном направлении некогерентным фильтрованным светом и находя распределение плотности потока излучения в плоскости изображения, можно определить профиль показателя преломления с помощью интегральных преобразований.

Устройство для реализации способа состоит из последовательно расположенHblx немонохроматического источника света, оптической системы, которая формирует параллельный пучок постоянной интенсивности и направляет его на исследуемый объект, помещенный в кювету с иммерсионной жидкостью, перпендикулярно его оси и видеокамеры, при помощи которой производят измерение плотности потока излучения в заранее выбранных точках. На основании измеренных данных производят расчет профиля показателя. преломления исследуемой оптической неоднородности, Основным недостатком этого способа и устройства является низкая точность определения профиля показателя преломления особенно в резко локализованных областях объекта исследования со значительным градиентом показателя преломления.

Также известен способ ойределения профиля показателя преломления оптических неоднородностей, основанный на лучевом методе, Освещая исследуемый объект в поперечном направлении узким лучом света и перемещая луч в плоскости, перпендикулярной оси оптической неоднородности, определяют зависимость междууглом выхода луча и координатой точки его входа в исследуемую оптическую неоднородность и, с помощью интегральных преобразований определяют профиль показателя преломления.

Устройство для реализации данного способа состоит из последовательно расположенных лазера с расширителем пучка, зеркала, снабженного электромеханическим приводом, первой линзы, фокусирующий световой пучок внутрь исследуемого обьекта, помещенного в кювету с иммерсионной жидкостью, и второй линзы, проеци-рующей отклоненный исследуемым объектом световой пучок в плоскость фотоприемников, выполняющих функцию датчиков угла выхода. Шаговый двигатель равномерно разворачивает зеркало, которое перемещает сфокусированный до пятна диаметром в несколько микрометров лазерный луч по оптической неоднородности, изменяя значение координаты .точки входа луча в исследуемый обьект, а фотоприемники измеряют угол выхода луча. На основании измеренных данных производят расчет профиля показателя преломления исследуемой оптической неоднородности

Основным недостатком данного способа и устройства является низкая точность определения профиля показателя преломления. а также низкое пространственное разрешение.

Наиболее близким к изобретению является способ определения профиля по- . казателя преломления оптических неоднородностей, основанный на измерении разности фаэ между опорной электрической волной, сформированной на основе двух монохроматических пучков света с постоянными частотами, отличающимися друг от друга в радиодиапазоне, и обьективной электрической волной, сформированной на основе тех же пучков света, но после того, как один иэ них пройдет через исследуемый объект. Измеряя разность фаз между опорной и объективной электрической волной, имеющей ту же частоту, что и опорная волна, но отличающейся от нее по фазе на величину, зависящую от показателя преломления участка исследуемого объекта, через который прошел зондирующий пучок света, во множестве близко расположенных точек в плоскости освещения пучка света, прошедшего через обьект исследования, с пучком света, прошедшим мимо него, с помощью интегральных преобразований рассчитывают искомый профиль показателя преломления.

Устройство для реализации данного способа состоит иэ последовательно распо-ложенных лазера, четвертьволновой пластинки, снабженной электромеханическим приводом, светоделителя, при помощи которого формируется опорная волна, расширителя лазерного пучка, поляриэационного светоделителя, который разделяет падающее излучение в соответствии с его поляризацией на два пучка с различными частотами, образовавшимися при вращении четвертьволновой пластинки, и направляет один из них на исследуемый объект, помещенный в кювету с иммерсионной жидкостью, и фотоприемного устройства, в пло1777053 скости которого при помощи зеркал совмещают два пучка света, образующие объектную волну, Основным недостатком данного способа и устройства является невозможность определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей с большими геометрическими размерами и со значительными градиентами показателя преломления, По мере увеличения градиента показателя преломления и геометрических размеров исследуемых оптических объектов соответственно увеличивается диапазон. изменения оптической длины пути зондирующих лучей в пределах объекта. Это приводит к соответствующему увеличению измеряемой разности фаэ между сигнальной и опорной волной. Когда значение измеряемой разности фаз превысит по своей величине и, пропадает однозначная зависимость между измеряемой величиной и оптической длиной пути зондирующих лучей в исследуемом объекте, на основании которой происходит расчет профиля показателя преломления. Хотя в данном способе. существует воэможность скорректировать эту зависимость и привести ее к однозначности, даже когда разность фаз между сигнальной и опорной волной превышает по своей величине и. зта корректировка осуществима только в том случае. когда разность фаз плавно мечяет свое значение от границы объекта, где она должна быть близкой к нулю, к его середине. Однако для объектов с большими геометрическими размерами и со значительными градиентами показателя преломления, оптическая длина пути зондирующих лучей в которых резко меняется в диапазоне. намного превышающем по своей величине длину волны излучения, указанная корректировка становится трудновыполнимой задачей, т.о. данный способ обеспечивает определение профиля показателя преломления только 1ev оптических объектов, оптиче эя длина пути лучей внутри которых плавно меняется в диапазоне, не превышающем несколько длин волн излучения.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений при сохранении

ТОЧНОСТИ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей, заключающемся в формировании пучка излучения, сечение которого превышает размер исследуемой неоднородности, содержащего излучение двух длин волн Л1 и Л2 со взаимно ортогональными плоскостями поляризации

Л1 Лз и отличающимися на М < - — --, где L1—

1-1 длина когерентности излучения Л1, раэделении пучка света на два пучка, направлении одного из них на объект исследования, совмещении пучка света, прошедшего через объект, со вторым пучком, регистрации интерференционной картины и определении расчетным путем искомого профиля показа10 теля преломления, последовательно для множества точек плоскости регистрации равномерно изменяют разность оптических путей в разделенных пучках, после их совмещения вновь разделяют образовавшийся пучок света в соответствии с поляризацией, регистрируют вторую интерференционную картину, при этом длина когерентности 1.1 излучения Л1 больше, а длина когерентности

Е2 излучения Л меньше диапазона измене20

ЗО

55 ния разности оптического пути между пучками света, определяют момент совпадения максимальных значений интенсивности света в двух опорных точках, лежащих в невоэмущенной объектом исследования зоне интерференционных картин, и момент совпадения максимальных значений интенсивности света в двух точках регистрации, в которые падают зондирующие лучи, имеющие различную длину волны, но идущие в объекте исследования по идентичным траекториям, подсчитывают число интерференционных полос между этими моментами в интерференционной картине. образованной пучком с Л1 и одновременно измеряют фазовый сдвиг между опорной точкой и точкой регистрации в той же интерференционной картине, на основании измеренного количества полос и фазового сдвига определяют оптическую разность хода, которую вносит исследуемая оптическая неоднородность в зондирующий луч. и по определенным для множества точек оптическим разностям хода рассчитывают искомый профиль показателя преломления.

В устройство, содержащее осветитель для формирования излучения двух длин волн Л1 и Лг со взаимно ортоготальными поляризациями и отличающихся на величину Ю (, где L1 — длина когерентноЛ1 Л2 -1 сти излучения Л1, и расположенные по ходу излучения устройство для разделения пучка. кювету с иммерсионной жидкостью для помещения контролируемой оптической неоднородности, устройство для совмещения разделенных пучков, фотоприемное устрОйстВО и опорный фотоприемник, соединенные со схемой обработки сигнала, осветитель выполнен в виде двух источни1777053 ков монохроматического излучения с соответствующими оптическими системами для

Формирования и расширения параллельного пучка излучения, причем оптическая ось одной оптической системы расположена под углом 90" к оси другой поляризационный светоделитель. установленный s точке пересечения оптических осей оптических систем. устройство модуляции разности оптического пути, установленное по ходу излучения после устройства. для разделения, пучка, второй поляризационный светоделитель, установленный по ходу излучения за устройством для совмещения разделенных пучков, второе фотоприемное устройство и второй опорный фотоприемник, соединенные со схемой обработки сигналов, причем устройство для разделения пучка света и устройство для совмещения. разделенных пучков выполнены в виде светоделитепьных пластин с металлическим полупрозрачным покрытием, нанесенным на вторые по ходу излучения поверхности пластин, а фотоприемные устройства и опорные фотоприемники установлены в каждом из каналов второго поляризационного светоделителя.

Устройство модуляции разности оптического пути, выполненное в аиде жестко связанных плоскопараллельных пластин равной толщины,.установленных вплотную по сторонам правильного многоугольника с воэможностью вращения относительно оси, перпендикулярной основанию кюветы.

На фиг,1 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей; на фиг.2 — оптическая схема устройства модуляции разности оптического пути.

Устройство для определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей содержит две осветительные системы, оптические оси которых расположены под углом 90, состоящие из источника 1 и 2 монохроматического излучения и оптических систем 3 и 4, формирующих широкие параллельные пучки света, и последовател ь но расположен н ые поляризационный светоделитель 5, расположенный в тачке пересечения оптических осей осветительных систем, светоделительную пластину 6 с металлическим полупрозрачным покрытием, устройство 7 модуляции разности оптического пути, снабженное электромеханическим приводом 8 и представляющее собой основание, выполненное в виде правильного многоугольника, установленное с возможностью равномерного вращения относительно оси, перпендикулярной плоскости основания и проходящей через ее центр, а по сторонам многоугольника установлены вплотную друг к другу плоскопаралпельные стеклянные пластины равной толщины, кювету 9 с иммерсион ной жидкостью и объектом исследования 10, вторую светоделительную пластину 11 с металлическим полупрозрачным покрытием, второй поляриэационный светоделитель 12 и две системы регистрации интерференционных картин, состоящие из опорных фотоприемников 13 и 14 и фотоприемных.устройств 15 и 10, которые соединены со схемой обработки сигналов 17.

10

При помощи поляризационного светоделителя излучение, идущее от монохроматических источников света с близкими длинами волн и ортогональными плоскостя15 ми поляризации, объединяется в один пучок света с минимальными потерями, поскольку поляриэационный светоделитель ориентирован таким образом, что полностью пропускает излучение. идущее от одной осветительной системы, и полностью отражает излучение с ортогональной плоско20

25 стью поляризации. идущее от другой осветительной системы. Полученный пучок света при помощи светоделительной ппастины с металлическим полупрозрачным по30 крытием, которое используется для предотвращения поворота плоскости поляризации излучения при делении, раэделяется на два пучка, в каждом из которых присутствует излучение, идущее от обоих источников света. Первый иэ двух пучков света направляется на исследуемую оптическую неоднородность. а второй проходит мимо нее. Разность оптического пути между пучком света, прошедшим через объект исследования, и другим пучком непрерывно изменяется в интервале, превышающем по своей величине диапазон изменения оптической длины пути зондирующих лучей в

onòè÷åñêoé неоднородности. Два пучка сополупрозрачным покрытием, а затем вновь разделяютс минимальными потерями света при помощи поляриэационного светоделителя на дьа пучка света в соответствии с

50 поляризацией падающего излучения. Эти пучки формируют две интерференционные картины, каждая из которых образована световыми пучками одной длины волны. При изменении разности оптического пути между первым и вторым пучком в плоскостях регистрации формируются изменяющиеся во времени интерференционные картины.

Фотоприемные устройства последователь45 вмещают при помощи второй светоделительной пластины с металлическим

1777053

10 (3) но во множестве соответствующих точек поля интерференции синхронно регистрируют интерференционные картины, интенсивности которых определяются выражениями

11(1) = 2 А12 (1 + сов(2 л(Л вЂ” Л Ф(т)/ Л1)

lp(t) - 2 Ар (1+ cos(2 zr(Л вЂ” Л Ф(1))/Л2), (1) где А1 и А2 — амплитуды световых колебаний;

k и Л2 — длины волн излучения;

Л вЂ” оптическая разность хода, вносимая исследуемым объектом в зондирующий луч света;

Л Ф(1) — разность оптического пути, которая вносится между пучками света устройством модуляции разности оптического пути. Причем фотоприемные устройства синхронизированы таким образом, что одновременно регистрируют интерференционные картины в соответствующих точках, в которые падают зондирующие лучи, идущие в объекте. исследования по одной и той же траектории. Так как опорные фотоприемники расположены на краю пучков света. формирующих интерференционные картины (т,е. в опорных точках). они регистрируют ту часть этих картин, в формировании которой принимает участие только та часть пучка света, направляемого на объект исследования, которая проходит мимо него. Поэтому опорные фотоприемники регистрируют невозмущенную объектом исследования части интерференционных картин, интенсивности которых определяются выражениями:.

Ia (1) = 2 (Аa ) (1+ cos(2 ГАЛФ (x)/Л1)

I;o(t) = 2 (Az )2(1 + cos(2 лЛ Ф (t)/ Л2), (2) где Aiо и А2Π— амплитуды световых колебаний;

Л1 и Л вЂ” длины волн излучения;

Л Ф (t) — разность оптического пути, которая вносится между пучками света устройством модуляции разности оптического пути. В момент времени, когда вносимая . между пучками разность оптического пути

ЛФ (t) будет равняться нулю, произойдет совпадение максимальных значений интенсивности света в двух опорных точках интерференционных картин, регистрируемых опорными фотоприемниками. Когда вносимая разность оптического пути станет равной оптической разности кода. которую вносит исследуемый объект в зондирующие лучи, падающие в точки регистрации, произойдет совпадение. максимальных значений интенсивности света в двух точках

".5

55 интерференционных картин, регистрируемых фстоприемными устройствами. Если первый источник формирует пучок света, длина когерентности которого удовлетворяет условию (-1 g Л1 Л 2/2 (Л! il.2 I где Л1 и A2 — длины волн излучения, то совпадение максимальных значений интенсивности света в опорных точках и точках регистрации интерференционных картин будет происходить только один раэ при выполнении условий, описанных выше, т.к, для всех других теоретически возможных совпадений максимальных значений интенсивности контраст интерференционной картины, образованный световыми пучками, длина когерентности которых удовлетворяет выражению (3), будет равняться нулю. Если длина когерентности первого источника в несколько раз превосходит величину, определенную правой частью выражения (3), совпадение максимальных значений интенсивности произойдет несколько раз, Однако, требуемое совпадение максимальных значений интенсивности легко выделить среди остальных, т.к, контраст интерференционной картины, образованной пучками первого источника, значительно изменяется даже при изменении разности хода между интерферирующими пучками в несколько длин волн, Поэтому требуемое совпадение максимальных значений интенсивности света соответствует максимальному контрасту интерференционной картины, образованной пучками первого источника света, Если второй источник формирует пучок света; длина когерентности которого превосходит диапазон изменения разности оптического пути между пучками света, то контраст второй интерференционной картины всегда будет больше нуля. Поэтому, подсчитав в этой интерференционной картине количество полос, прошедших через фотоприемное устройство от момента совпадения максимальн ых значений интенсивности на опорных фотоприемниках для момента совпадения максимальных значений интенсивности на фотоприемных устройствах, определяют оптическую разность хода, вносимую исследуемым объектом в зондирующие лучи, падающие в тачки регистрации по формуле

Л= (К+ Ар /2Т ) Л, при Лр > 0

A=(K+ 1+ Ьр/2л ) Л2, при Др < О. (4)

1777053

l где К вЂ” целое число полос во второй интерференционной картине, проведших через фо1оприемное устройство между двумя моментами совпадения максимумов интенсивности на опорных фотоприемниках и на фотоприемных устройствах в двух интерференционных картинах;

Я вЂ” длина волны излучения второго источника света;

Ьр — разность фаэ между сигналами, поступающими с фотоприемного устройства и опорного фотоприемника, которые регистрируют вторую интерференционную картину. Определив оптическую разность хода, вносимую исследуемым объектом в зондирующие лучи, последовательно для множества точек поля интерференции, при помощи интегральных преобразований рассчитывают искомый профиль показателя преломления.

Устройство работает следующим образом.

Поляризационный светоделитель 5 объединяет монохроматические пучки света с близкими длинами волн и ортогональными плоскостями поляризации, которые идут от источников 1 и 2 излучения через оптические системы 3 и 4, формирующие параллельные пучки света необходимой ширины, в один пучок света с минимальными потерями и направляет его на светоделительную пластину 6, которая разделяет пучок света, .без изменения поляризационных параметров составляющих его компонентов, на два параллельных пучка и направляет их через устройство 7 модуляции разности оптического пути на кювету 9 таким образом, что только один из пучков света проходит через объект исследования 10. Вторая светоделительная пластина 11 совмещает пучки света без изменения состояния их поляризации в один пучок и направляет его через второй поляризационный светоделитель 12, разделяющий падающее излучение в соответствии с его поляризацией на два пучка с ортогональными плоскостями поляризации и различными длинами волн, на системы регистрации интерференционных картин, состоящие из опорных фотоприемников 13 и l4 и фотоприемных устройств 15 и 16.

Электрические сигналы, поступающие с опорных фотоприемников и фотоприемных устройств, обрабатываются схемой обработки сигналов 17. Опорные фотоприемники 14 и l5 расположены таким образом, что они регистрируют ту часть интерференционных картин, в формировании которой принимает участие только та часть пучка света, направляемая на обьект исследования 10, которая проходит мимо него. Фотоприемные же устройства 15 и l6 последовательно во множестве точек регистрируют интерференционные картины, сформиро5 ванные прошедшими через объект исследования пучками. При вращении устройства 7 модуляции разности оптического пути плавно изменяются углы а1 и Qz падения пучков света на стеклянные пластины (фиг.2), 10 вследствие чего изменяется .оптическая длина пути пучков света Ф и Ф2 внутри этих . пластин

Ф1= D N/cos(alt)

15 Ф2= D N/cos(® (6) где D — толщина стеклянных пластин;

N — показатель преломления стеклянных пластин;

20 о1 и Д вЂ” углы преломления пучков света, которые определяют из выражений

P> = агс з!п(з!п(2 л /m — cut)/N)

P2 = агс sin(sin(ол)/N), (7)

25 где и — угловая скорость вращения модулятора;

m — количество стеклянных пластин в устройстве модуляции.

30 Разность оптического пути, которая вносится между пучками света устройством модуляции разности оптического пути, определяется выражением

35, Ф(t) = Ф1(т) — cD2(t) + 0(соз(в t — Д)/cos pz— — cos(2 л /m — cu t — 1)!cos j3>). (8) Нелинейность функции разности оптического пути (8); вносимой устройством модуляции, в интервале от t = -2 л/гпв до t = 2 л /глубо, т.е, от момента, когда второй пучок падает ортогонально пластине устройства модуляции. до момента, когда

45 ортогонально пластине падает первый пучок света, для устройства модуляции с десятью пластинами составляет 5;4, а с двадцатью — 2%.

При изменении разности оптического

50 пути между первым и вторым пучками света в плоскостях установки опорных фотоприемников 13 и 14 и фотоприемных устройств

15 и 16 формируются изменяющиеся во времени интерференционные. картины. Фотоприемные устройства последовательно во множестве точек синхронно регистрируют интерференционные картины, интенсивности которых описываются выражениями (1), а опорные фотоприемники регистрируют ту

1777053

55 часть интерференционных картин, которая определяется выражениями (2). Т.к. длина когерентности одного из источников света превышает по своей величине диапазон изменения разности оптического пути между пучками света, то с выхода опорного фотоприемника и фотоприемного.устройства, регистрирующих интерференционную картину, образованную пучками света этого источника, в схему 17 обработки сигналов постоянно будет поступать синусоидальный сигнал, отражающий процесс перемещения интерференционных полос..В момент speмени, когда вносимая между двумя пучками света разность оптического пути будет равняться нулю, произойдет совпадение максимальных значений электрических сигналов, поступающих в схему 17 обработки сигналов от опорных фотоприемников 13 и 14 и схема 17 обработки сигналов начнет подсчет количества периодов синусоидального сигнала, поступающего GT фотоприемного устройства, регистрирующего интерференционную картину, образованную пучками света с большой длиной когерентности, и одновременно измерит разность фаз между сигналами, поступающими от опорного фотоприемника и фотоприемного устройства, регистрирующих ту же интерференционную картину, Достаточно низкая нелинейность функции разности оптического пути (8) позволяет беэ труда осуществить процесс подсчета полос и измерения разности фаз с необходимой точностью.

Когда вносимая разность оптического пути станет равной оптической разности хода, которую вносит исследуемый объект в зондирующие лучи, произойдет совпадение максимальных значений электрических сигналов, поступающих от фотоприемных устройств 15 и 16 и подсчет периодов в схеме обработки закончится. Подсчитав количество периодов {соответствующее количеству полос) и измерив разность фаз, определяют оптическую разность хода, вносимую исследуемым объектом 10 в зондирующий луч, по формулам (4).

Конструкция фотоприемных устройств 15 и 16 позволяет последовательно регистрировать интерференционные картины синхронно во множестве точек поля регистрации. Поэтому, определив оптическую разность хода для данных точек регистрации, осуществляют процесс измерения в следующей паре точек. На основании полученных значений оптической разности хода для множества лучей, прп иедших через объект исследования, рассчитывают иекомый профиль показателя преломлени».

В качестве примера Yîíêðåòío1o выполнения устройство для определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей содержит полупроводниковый лазер с длиной когерен тности 4000 мкм, А1 = 776 нм и полупроводниковый лазер с длиной когерентности 80 мкм, ) =- 768 нм, снабженные устройствами термостабилиэации, два коллиматора, формирующие параллельный пучок света (ширина пучка 20 мм) поляризационный светоделитель, светоделительную пластину (толщина 40 мм) с металлическим полупрозрачным покрытием, устройство модуляции оптической разности хода с двадцатью стеклянными пластинами (толщина пластин 20 мм, ширина — 24 мм), приводящий во вращение электродвигателем (частота вращения 5+.0,001 Гц), вторую аналогичную светоделительную пластину и второй поляризационный светоделитель, две фотодиодные линейки, два фотодиода, перед которыми установлены точечные диафрагмы, и схему обработки сигналов, состоящую из блока фиксации совпадений максимальных значений сигналов, блока подсчета количества полос и блока измерения разности фвз (детектор дифференциатор, компаратор), сигналы с которого подаются на запоминающее устройство, Разность фаз измеряется с точностью П 10 . Данный пример конкретного выполнения устройства позволяет определить профиль показателя преломления оптических неоднородностей, диапазон изменения оптической длины пути лучей внутри которых не превышает 1000 мкм, а геометрический размер которых не превышает 20 мм, причем погрешность измерения оптической разности хода не превышает 0,01 мкм, Формула изобретения

1. Способ определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей, заключающийся в формировании пучка излучения, сечение которого превышает размер исследуемой неоднородности, включающего две длины волны Л1 u il z co взаимно ортогональными плоскостями поляризации, о т л и ч а ю щ е е с я на величину Я< А1 Я2/2 L1 где L1 — длина когерентности излучения Й, разделении пучка на два, направлении одного из них на исследуемый объект. совмещении прошедшего через объект зондирующего пучка с вторым пучком, регистрации интерференционной картины и определении расчетным путем искомого профиля показателя преломления, о тл ич а ю шийся тбм, что, с целью расширения

1777053

16 диапазонов измерений при сохранении точности, последовательно для множества то.чек плоскости регистрации равномерно изменяют разность оптических путей в разделенных пучках, после их совмещения разделяют образовавшийся пучок в соответствии с поляризацией, регистрируют вторую интерференционную картину, при этом длина когерентности Li излучения h больше, а длина когерентности Q излучения 5 меньше диапазона изменения разности оптических путей, определяют момент совпадения максимальных значений интенсивности излучения в двух опорных точках, лежащих в невозмущенной объектом исследования зоне интерференционных картин, и момент совпадения максимальных значений интенсивности излучения в двух точках регистрации, в которые подают лучи зондирующего пучка, имеющие различную длину волны, но идущие в объекте исследования по идентичным траекториям, подсчитывают число интерференционных полос между этими моментами в интерференционной картине. образованной лучами пучка

il>, и одновременно измеряют фазовый сдвиг между опорной точкой и точкой регистрации в той же интерференционной картине, на основании измеренного количества полос и фазового сдвига определяют оптическую

- разность хода, которую вносит исследуемая оптическая неоднородность в зондирующий пучок, и по определенным для множества точек оптическим разностям хода рассчитывают искомый профиль показателя преломления.

2. Устройство для определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей, .содержащее осветитель для формирования излучения двух длин волны ib и,Ь со взаимно ортогональными поляризациями, отличающихся на величину М < Л1 Лг/2 1, где L1 — длина когерентности излучения k, и расположенные последовательно по ходу излучения устройство для разделения пучка излучения, 5

10 кювету с иммерсионной жидкостью для помещения контролируемой оптической неоднородности, устройство для совмещения разделенных пучков, фотоприемное устройство и опорный фотоприемник, соединенные со схемой обработки сигналов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений при сохранении точности, осветитель выполнен в виде двух источников монохроматического излучения с соответствующими оптическими системами для формирования и расширения параллельного пучка, причем оптическая ось одной оптической системы расположена

15 под углом 90 к оси другой, дополнительно введены поляриэационный светоделитель. установленный в точке пересечения оптических осей оптических систем, устройство модуляции разности оптического пути, 20 установленное по ходу излучения устройства для разделения пучка, второй поляризационный светоделитель, установленный по ходу излучения за устройством для совмещения разделенных пучков, второе фото25 приемное устройство и второй опорный фотоприемник, соединенные со схемой обработки сигналов, причем устройство для разделения пучка и устройство для совмещения разделенных пучков выполнены в виде свето30 делительных пластин с металлическим полупрозрачным покрытием, нанесенным на вторые по ходу излучения поверхности пластин, а фотоприемные устройства и опорные фотоприемники, установлены в каждом из ка35 налов второго поляризационного светоделителя.

3. Устройство по п.2. о т. л и ч а ю щ е ес я тем, что устройство модуляции разности оптического пути выполнен в виде жестко

40 связанных плоскопараллельных пластин равной толщины, установленных вплотную по сторонам правильного многоугольника с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной основанию кюветы.

177705 3

1777053

9 иг 2

Составитель Ю,Гринева

Техред М.Моргентал Корректор М.Керецман

Редактор О.Стенина

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

Заказ 4118 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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