Способ измерения величины двулучепреломления зарецкого

 

Способ может быть использован для изучения свойств оптически прозрачных сред, например полимерных пленок, кристаллов природных и искусственных материалов и др. Сущность изобретения: изменяют длину волны исходного луча света, одновременно при этом поддерживают постоянным сигнал на выходе фотоприемника соответствующим изменением параметра, определяющего эффект компенсации, а величину двулучепреломления определяют по отношению диапазона изменения указанного параметра компенсатора к соответствующему ему диапазону изменения длины волны исходного луча света. 2 ил.

Изобретение относится к способам измерения оптических свойств материалов, в частности оптической анизотропии, и может быть использовано для изучения свойств оптически прозрачных сред, например полимерных пленок, кристаллов природных и искусственных материалов и др. Особенно полезно использование способа для измерения величины двулучепреломления полимерных пленок, в частности ориентированных полимерных пленок, а также для исследования напряженного состояния оптически активных сред.

Известен способ измерения величины двулучепреломления светового луча, прошедшего через объект измерения. Этот способ состоит в том, что образец просвечивается поляризованным лучом света (например, лучом лазера). При этом образуется разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами. Эта разность хода пропорциональна величине оптической анизотропии образца. При измерении ориентированной пленки разность хода пропорциональна степени ориентации образца (при одинаковой его толщине). В случае измерения напряженного состояния оптически активной среды упомянутая разность хода пропорциональна величине напряжения в точке измерения. Разность хода лучей измеряют с помощью компенсаторов Берека или Бабина, расположенных после образца по ходу луча света, методом Сенармона или другими известными методами (см. главу IX Определение силы двулучепреломления в кн. В.Б.Татарского "Кристаллооптика", Л. 1949; статью Фотоэлектрический метод регистрации двулучепреломления в полимерах. А.С.Рамш, Е.А.Сидорович, в сб. Физические свойства эластомеров. Л. Химия, 1955).

Этот способ измерения величины двулучепреломления не применим для измерения высоких порядков. При попытках построить автоматически действующий прибор по известному способу задача решается без особых проблем для измерения разности хода не более одного порядка. Далее возникают непреодолимые трудности из-за необходимости распознавания порядка (числа волн светового луча в величине разности хода). В то же время в оптически активных средах, например а полимерных пленках, разность хода может достигать многих порядков. Например, в одноосно ориентированной лавсановой пленке при толщине 100 мкм и коэффициенте втяжки 3,5-4 разность хода достигает 80 порядков. Подобные величины двулучепреломления известным способом автоматически измерить невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому является метод Сенармона (Эдельштейн Е. И. Координатно-синхронный поляриметр КСП-7, сб. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений, ЛГУ, 1966, с.498-512). Согласно этому методу разность хода в монохроматическом свете определяется углом, на который надо повернуть анализатор для того, чтобы получить темноту. При этом первоначально поляризатор и анализатор расположены взаимно перпендикулярно по своим осям пропускания. Кристаллографические оси пластинки четверть волны совпадают с осями пропускания поляризатора и анализатора и расположены под углом 45о к направлению оптической анизотропии исследуемого образца.

Недостатком метода является невозможность измерения разностей хода высоких порядков, например более 10. Также трудно определить дробную часть сверх некоторого целого порядка.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения величины двулучепреломления образца.

Цель достигается тем, что изменяют длину волны исходного луча света, одновременно при этом поддерживают постоянным сигнал на выходе фотоприемника соответствующим изменением параметра, определяющего эффект компенсации, а величину двулучепреломления определяют по отношению диапазона изменения указанного параметра компенсатора к соответствующему ему диапазону изменения длины волны исходного луча света.

В ходе проведения патентных исследований по научно-технической и патентной литературе не было обнаружено технических решений, содержащих указанные выше признаки, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям "Новизна" и "Существенные отличия".

Известно, что величина разности хода , пропорциональная толщине образца d, обратно пропорциональна длине волны (см. Фрохт М.М. Фотоупругость, т. 1, M.-Л. ОГИВ, 1948, с.123, формула 4, 6): =K (1) Здесь разность хода выражена в длинах волн. При изменении длины волны на получают +=K (2) Вычитая из выражения (2) уравнение (1), получают =kd (3) Разделив выражение (3) на уравнение (1), получают (4) Поскольку величина мала (порядка нескольких процентов от ), то получают основное соотношение (5)
Из соотношения (5) следует, что при фиксированной длине волны луча и изменения этой волны приращение разности хода линейно связано с самой величиной . Соотношение (5) является теоретической основой предлагаемого способа.

Таким образом, с помощью компенсатора надо скомпенсировать величину для того, чтобы оставить неизменной яркость прошедшего через образец луча. Диапазон изменения длины волны наиболее целесообразно выбрать так, чтобы был менее одного порядка. Такую величину легко компенсировать автоматическим устройством.

На фиг. 1 представлена структурная схема реализации предлагаемого способа измерения, где 1 образец, 2 лазер (например, полупроводниковый), 3 электромагнит, 4 генератор напряжения, 5 компенсатор 5 в виде клина, 6 анализатор, 7 фотоприемник, 8 преобразователь, 9 привод клина, 10 датчик перемещения клина, 11 измерительный блок.

Луч поляризованного света от лазера 2 проходит через образец 1, компенсатор 5, анализатор 6 и поступает на фотоприемник 7 (например, фотоумножитель типа ФЭУ). Векторы поляризации луча лазера и анализатора 6 перпендикулярны друг другу, а вектор оптической анизотропии образца направлен по биссектрисе угла между ними. Клин компенсатора 5 расположен так, чтобы уменьшать разность хода основного и неосновного лучей (перпендикулярно вектору анизотропии образца). Сигнал фотоприемника 7 поступает на преобразователь 8, который с помощью, например, электродвигателя 9 перемещает клин таким образом, чтобы сигнал фотоприемника 7 оставался постоянным. При этом изменение положения клина фиксируется датчиком 10.

Генератор 4 с помощью электромагнита 3 изменяет длину волны излучения лазера 2 в определенном диапазоне от 1 до 2. При этом компенсатор 5 изменяет свое положение от h1 до h2 (при постоянном сигнале после фотоприемника 7). Измерительный блок индицирует величину двулучепреломления, пропорциональную соотношению

Вместо оптического клина 5 можно применить компенсатор Бабине или Берека. Тогда надо будет измерять не величину перемещения клина, а угол поворота компенсатора.

Другой вариант реализации способа измерения с использованием компенсатора совершенно другого типа. Например, в качестве компенсатора используется оптически активный элемент (например, сегнетодиэлектрик) с напылением металла на его верхней и нижней поверхностях. В этом случае структурная схема прибора соответствует представленной на фиг. 2. Элементы 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11 соответствуют обозначенным на фиг. 1. Элемент 5 представляет собой указанный выше оптически активный элемент с напылением металла. Блок 12 подает напряжение на этот элемент. Компенсирующий эффект элемента 5 пропорционален подаваемому напряжению. Преобразователь 8 так изменяет напряжение, поступающее с блока 12, чтобы оставить неизменным сигнал от фотоприемника 7. Измерительный блок 11 в этом случае индицирует величину двулучепреломления, пропорциональную соотношению
где U диапазон изменения напряжения на элементе 5.


Формула изобретения

Способ измерения величины двулучепреломления, включающий пропускание монохроматического поляризованного луча света через образец с расположением вектора поляризации под углом 45o к направлению оптической анизотропии и измерение силы света, прошедшего через образец луча, отличающийся тем, что изменяют длину волны луча света, одновременно при этом компенсатором поддерживают постоянным сигнал на выходе фотоприемника соответствующим изменением параметра, определяющего эффект компенсации, а величину двулучепреломления определяют по соотношению диапазона изменения указанного параметра компенсатора с соответствующему ему диапазону изменения длины волны исходного луча света.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной спектроскопии и может быть использовано в спектрально аналитическом приборостроении и газоанализе

Изобретение относится к геолого-минералогическим методам исследования горных пород и руд и может быть использовано для восстановления термодинамических условий образования и последующих деформаций рудных и других геологических тел, а также для решения различных структурно-петрологических задач

Изобретение относится к исследованию сегнетоэлектрических материалов с помощью оптического метода и может быть использовано для определения трикритической точки при атмосферном давлении в результате частичного замещения собственных ионов кристаллами ионами примеси, что открывает возможность создавать сегнетоэлектрические вещества с заранее заданными свойствами

Изобретение относится к геолого-минералогическим методам исследования горных пород и может быть использовано для восстановления динамической обстановки образования и деформации геологических тел, решения различных структурно-петрологических задач

Изобретение относится к изменениям в оптике и может быть использовано для определения абсолютных значений двупреломлений кристаллов при исследовании их физических свойств

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, в производстве полимерных пленок и волокон при исследовании нелинейно-оптических и лазерных кристаллов

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к поляризационным приборам, предназначенным для измерения поляризационных характеристик света, прошедшего оптически активные и двулучепреломляющие вещества

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к приборам и оптическим системам, в которых кварцевая линза является одним из основных элементов: в оптической литографии, поляризационной технике

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения параметра оптической анизотропии кубических кристаллов, относящихся к классу m3m, 4 ¯ 3 m или 432 симметрии. Первый вариант включает измерение распределения локальной степени деполяризации при двух положениях кристалла, в которых наблюдается максимум и минимум деполяризации. Путем интегрирования этих распределений и делений одного на другое определяют величину ξ, а знак параметра ξ определяют по поведению распределения локальной степени деполяризации, представляющей собой «мальтийский крест», при равномерном повороте кристалла из положения, в котором наблюдается минимум, в положение, в котором наблюдают максимум (или наоборот) относительно направления поляризации лазерного излучения. Во втором варианте измеряют зависимость угла наклона «мальтийского креста» φ относительно направления поляризации лазерного излучения от угла поворота кристалла θ вокруг оси, совпадающей с направлением распространения излучения, и по зависимости φ(θ), добившись максимального совпадения снятой зависимости с построенной теоретически, определяют как знак параметра ξ, так и его величину. Изобретение позволяет определить величину параметра оптической анизотропии ξ и его знак. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к бреющему устройству, приспособленному для обнаружения и срезания волоса вблизи поверхности кожи части тела человека или части тела животного. Устройство содержит детектор (26), приспособленный для обнаружения волоса вблизи поверхности кожи, и лазер для срезания волоса. Детектор (26) содержит источник (27), приспособленный для испускания оптического излучения, содержащего, по меньшей мере, две длины волны и состояние поляризации падающего света, и блок (28) построения изображения волоса вблизи поверхности кожи, который содержит блок обнаружения (29) оптического излучения, рассеянного и/или отраженного волосом и/или поверхностью кожи, на обеих длинах волн, и блок управления. При этом блок обнаружения (29) предназначен для обнаружения рассеянного и/или отраженного оптического излучения, поступающего от волоса и/или поверхности кожи, содержащего первое состояние поляризации, соответствующее состоянию поляризации падающего света, и второе состояние поляризации, отличающееся от первого состояния поляризации. Таким образом, эффективность обнаружения, а следовательно, и качество бритья повышаются, в то же время энергопотребление снижается и повышается безопасность бритья. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений и предназначено для измерения изменений показателя преломления и двойного лучепреломления, вызванных нелинейными эффектами. Система состоит из фемтосекундного лазера (FS), фотонного оптического волокна (SF), двух оптических каналов (KO1, KO2) и интерферометрической системы, в частности, в виде интерферометра VAWI. Первый оптический канал (KO1) включает в себя монохроматор (MCR) с конденсатором (K), образующим луч измерения. Монохроматор (MCR) на входе соединяется с фотонным оптическим волокном (SF). Система зеркал второго оптического канала (KO2) включает в себя подвижное зеркало (ZP), которое изменяет длину оптического пути второго луча во втором оптическом канале (KO2). Испытуемый материал (M) помещается в область измерения, расположенную на пересечении луча измерения и второго луча, передаваемого через оптический канал (KO2). Изобретение обеспечивает повышение точности измерений параметров оптических материалов в областях, меньших нескольких микрометров. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений. Измерение оптических характеристик заключается в том, что линейно поляризованный свет направляют на образец S через поляризатор. Затем свет достигает блока 131 подвижных зеркал и блока 132 неподвижных зеркал фазовращателя 13 через первую поляризационную пластину 9 и вторую поляризационную пластину 11. Лучи, отразившиеся на этих блоках зеркал, проходят через анализатор 15 и с помощью линзы 17 формирования изображения формируют интерференционное изображение на светоприемной поверхности детектора 19. При этом разность длин оптического пути между пучком, отраженным на блоке 131 подвижных зеркал, и пучком, отраженным на блоке 132 неподвижных зеркал, непрерывно изменяется за счет перемещения блока 131 подвижных зеркал, и непрерывно изменяется интенсивность интерференционного изображения, зарегистрированная детектором 19, что позволяет получить синтезированную форму волны, аналогичную интерферограмме, которая подвергается преобразованию Фурье, что позволяет получить амплитуду относительно длины волны и разность фаз двулучепреломления относительно длины волны. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к устройству для обработки волос, которое содержит детектор (10) на основе света для обнаружения волос (11) вблизи поверхности (12) кожи. Детектор (10) содержит источник (13) света для испускания оптического излучения по меньшей мере с первой длиной волны и с поляризацией падающей волны в направлении поверхности кожи. Световой датчик (14a, 14b) предназначен для обнаружения света, отражаемого от поверхности кожи. Световой датчик (14a, 14b) способен отдельно обнаруживать отраженный свет с поляризацией падающей волны и с отличающейся поляризацией и обеспечивать значение PP, представляющее обнаруживаемый свет с поляризацией падающей волны, и значение CP, представляющее обнаруживаемый свет с отличающейся поляризацией. Процессор (15) масштабирует значение CP и значение PP в соответствующие динамические диапазоны для определения значения проекции с минимальной интенсивностью (MIP) посредством выбора наименьшего значения из масштабированного значения CP и масштабированного значения PP и обнаруживает различия между поверхностью (12) кожи и волосом (11) на основе проекции с минимальной интенсивностью. Изобретение позволяет повысить чувствительность и специфичность обнаружения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ определения параметра оптической анизотропии кубического монокристалла, относящегося к классу симметрии m3m, или 432, в котором производят измерение распределения локальной степени деполяризации лазерного излучения, прошедшего через цилиндрический образец кубического монокристалла с произвольной известной ориентацией кристаллографических осей. При реализации способа приводят образец в положение, при котором распределение локальной степени деполяризации в образце представляет собой «мальтийский крест», измеряют угол наклона «мальтийского креста» относительно плоскости поляризации лазерного излучения. Величину параметра оптической анизотропии кубического монокристалла определяют из величины этого угла и известной ориентации кристаллографических осей образца. Технический результат заключается в разработке способа определения величины параметры оптической анизотропии в цилиндрическом образце кубического монокристалла с произвольной известной ориентацией кристаллографических осей. 4 ил.
Наверх