Устройство для регистрации нестационарных полей градиента показателя преломления

И 21/4 ГОСУДСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИИ ЯИИМ ИИИИИИ 999 И ИИИИИИИИ ЗОБРЕТЕНИ ПИСАНИ 9 ЕЛЬСТВУ И 99 И ИЙазц36,С,РинкевичюсЛенина и ордеии энергети(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИНЕСТАЦИОНАРНИХ ПОЛЕЙ ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее лазери расположенные последовательнопо ходуизлучения лазера расщепитель лазерного пучка, соединенный сблоком управления, линзу-формирователь, приемную линзу и измерительноеустройство, снабженное матрицей фоАВТОРСКОМУ С(71) Иосковский орденана Октябрьской Революцческий институт(53) 535.24 (088.8) тодиодов, соединенных попарно диагонально через дифференциальный усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точностии чувствительности регистраций приналичии стационарного или квазистационарного градиента показателя преломления, расщепитель ярерного пучка выполнен в виде ультразвуковогомодулятора Брегга, установленноготак, что плоскость развертки лазерного, пучка проходит через прямую,на которой расположены фотодиоды, аблок управления содержит набор генераторов различных частот с независимой подстройкой, число которых равно числу попарно диагональных соединений.3 1072Изобретение относится к области оптических измерений, а также рефрактометрии и может применяться в тех случаях, когда на фоне имеющегося квазистационарного поля показателя преломления развивается нестационарный процесс.Известно устройство для регистрации градиента показателя преломления, содержащее лазер, линзу-форми О рователь и измерительное устройство для регистрации углов отклонения тонкого светового пучка, прошедшего через неоднородную среду. Недостатком устройства является то, что 15 используется одно его перемещение относительно среды для снятия зависимости углов отклонения пучка ст координат его входа в неоднородность. 20Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению яв - ляется устройство для регистрации нестационарных полей градиента показателя преломления, содержащее ла зер и расположенные последовательно по ходу излучения лазера расщепитель ядерного пучка, соединенный с блоком управления, линзу-формирователь, приемную линзу и измерительное ЗО . устройство, снабженное матрицей Аотодиадов, соединенных попарно диагонально через дифференциальный усилитель. В качестве расщепителя лазер 1 ного пучка используется ультразвуковой преобразователь Замана-Ната.Недостатками этого устройства является низкая точность и низкая чувствительность регистрации нестационарных полей градента показателя пре ломления, развивающихся на Аоне стационарных и квазистационарных полей, вследствие невозможности управления каждым пучком в отдельности, так как при изменении каких-либо па раметров модулятора вносятся изменения одновременно в параметры всех пучков. При этом до начала измерения нестационарного процесса иэ-за наличия стационарного или квазистационар ного градиента показателя преломления световые пучки будут смещены относительно нулевого положения, что и приводит к снижению точности и чувствительности устройства. Кроме того, 55 при сильной изначальной неоднородности пучок может выйти за пределы рабочего участка Аотоприемника, что 590сделает в принципе невозможнымисследование нестационарного процесса.Целью изобретения является повышение точности и чувствительностирегистрации при наличии стационарного или квазистационарного градиентапоказателя преломления.Укаэанная цель достигается тем,что в устройстве для регистрациинестационарных полей градиента показателя преломления, содержащемлазер и расположенные последовательно по ходу излучения лазера расщепитель лазерного пучка, соединенныйс блоком управления, линзу-Аормирователь, приемную линзу и измерительное устройство, снабженное матрицейАотодиодов, соединенных попарнодиагонально через дифференциальныйусилитель, расширитель лазерного пуч.ка выполнен в виде ультразуковогомодулятора Брегга, установленноготак, что плоскость развертки лазерного пучка проходит через прямую,на которой расположены Аотодиоды,а блок управления содержит наборгенераторов различных частот с независимой подстройкой, число которыхравно числу попарно диагональных соединений,Сущность изобретения поясняетсячертежом.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит лазер 1, расщепитель 2 лазерного пучка, блок 3управления, линзу-Аормирователь 4излучения, падающего на исследуемыйобъект 5, приемную линзу 6 и измерительное устройство 7. В качестве расщепителя лазерного пучка 2 использован ультразвуковой модулятор Брегга, в котором происходит диАракция света. Угол дифракции однозначно связан с частотой ультразвуковой волны и меняется при ее изменении. Изменить частоту ультразвуковой волны, а значит и угол дифракции можно, изменяя частоту напряжения, подаваемого на модулятор Если подать на модулятор набор нескольких напряжений разных частот, то на выходе модулятора будет набор пучков, каждый иэ которых будет соответствовать напряжению определенной частоты. Таким образом, в случае Брегговской дифракции возмож10725 Редактор П.Горькова Техред М,Надь Корректор В.Гирняк Заказ 6643/4 Тираж 896 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3на иметь набор пучков, соответствующих одному порядку дифракции, норазным частотам.Блок 3 управления содержит наборгенераторов с разными частотами, 5частота каждого из которых может меняться в определенных пределах,С помощью электронной схемы каждыйиз генераторов подключается в последовательности, обеспечивающей мо Одуляцию световых пучков по интенсивности, Для этого в любой моментвремени сигнал снимается с одногогенератора. При подаче однократногоимпульса цодключается следующий 15генератор. Для получения последовательности набора частот подаются импульсы с определенной частотой следования, которая определяется необходимым быстродействием. Поскольку 2 Очастоту каждого задающего генератора можно менять в отдельности, тои управлять положением каждогосветового пучка в пространстве можнонезависимо друг от друга. 25Устройство работает следующимобразом.При прохождении световых пучковчерез неоднородность с квазистационарным градиентом показателяпреломления они отклоняются на некоторый угол и сместятся на некотороерасстояние в плоскости матрицы Аотодиодов. Матрица фотодиодов расположена таким образом, чтобы центр не 35,отклоненного светового пучка совпадал с пересечением диагонолей междуфотодиодоами, при этом сигнал навыходе измерительного устройства рав.няется нулю. При отклонении светово 40го пучка на выходе измерительногоустройства возникает электрическийсигнал, пропорциональный смещению,вызванному квазистационарным градиентом показателя преломления. Чувстви- .45тельность и точность измерений падает по мере смещения пучка от нулевого положения. Поэтому, если на 90 фФоне квазистационарного режима возникнет нестационарный, условия регистрации углов отклонения будут не оптимальными. Кроме того, при сильном квазистационарном градиенте пока. зателя преломления пучок может выйти за пределы рабочего участка (за пределы площади Аотодиодов), так что дальнейшее исследовдние нестационарного режима станет невозможным.Изменяя частоты генераторов, можно добиться того, чтобы каждый из пучков, отклоненных в результате прохождения через кваэистационарное поле градиента показателя преломления, вернулся в центр соответствующей диагонали, Если теперь в среде воз- - никнет нестационарный градиент показателя преломления, то условия егорегистрации будут оптимальными. Устройство было опробовано для исследования полей градиента температуры. Источником излучения служил Не-Ме лазер. В качестве модулятора Брегга использовался модулятор с несущей частотой в 28 МГц. Блок управления представлял собой набор десяти генераторов с частотами 25,0, 25,5, , 30,0 МГц. Частоту каждого генератора можно менять в пределах 100 кГц. Внешняя модуляция осуществлялась с помощью генератора, выдающего импульсы длительностью 10 мкс с частотой 4 кГц. При этом возможно вернуть в исходное положение пучок, сместившийся за счет кваэистационарного поля градиента показателя преломления на величину, составляющую 507 от рабочего диапазона,измерительного устройства.Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность и чувствительность регистрации не- стационарных полей градиента показателя преломления при наличии стационарных и квазистационарных градиентов.