Способ измерения углов рефракции

(57) Изобоптике, вния струкобьектов НОСИТСЯ К физи к технике испол тва фазовохаоти и двулучепрелом эовано в криста ковом приборо ретение о частности туры вещес при наличи ыть испол упроводн еской ьэоваеских ления, лооп- строеике, по гк физической спользования вохаотических епреломления, в кристаллооп- машиностроеем контроле ьемных составраслях науки и фазовохао- еоднород- лучающего повышение точно- ение класса решаеспечения прямого ст мыГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИАВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Чермовицкий го ситет(56) Вест Ч. Голографич рия. - М.: Мир, 1982. с.Мальцева Н.А. и П можности прямых изм ции на основе спеклспектроскопия, 1987.690,еская интерферомет 284-292.ресняков Ю.П. О воэерений углов рефракэффекта; - Оптика и т. 63, вып. 3, с. 689 Б ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ РЕИзобретение относитсяоптике, в частности для иструктуры вещества фазаобьектов при наличии двулучи может быть использованотике, полупроводниковомнии, при нераэрушающсостояния поверхностей и обляющих обьекта и других оттехники.Цель изобретения -и измерения и расширх задач эа счет обе 1670542 А 1 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 фаэовохаотических 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 натическом обьекте с размерами нностей порядка длины волны обизлучения,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 обьект-экрана) 8, полевую диафрагму 9, фотоэлектронный умножитель 10, сканиру 1670542ющее устройство 11 устройство 12 связи с объектоммини-ЭВМ 13 "Электроника ДЗ".Устройство работает следующим образом.На вход устройства поступает излучение одномодового лазера ЛГ(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 мини- ЭВМ 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-ЭВМ 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 этомслучае 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 оптическинапряженным аниэотропным участкам экрана. Проецируют иэображение поверхно 5 сти ,экрана в плоскостьсветочувСтвительного слоя. Осуществляютнеобходимую фотохимическую обработку. фотослоя, получая транспарант, представляющий собой изображение поверхности10 экрана, образованное совокупностью эонкорреляции, характеристики которых однозначно связаны с параметрами анизотропии фазовохаотического экрана.Корреляционные эоны представляют15 собой участки изображения, обладающиеоднородными по площади значениями амплитуды, фазы и поляризации световых колебаний. Причем корреляционные эоныформируются в результате взаимодействия20 освещающего (однородного по параметрам)светового поля с веществом фазовохаотического экрана. Поэтому характеристики ихсветовых колебаний однозначно взаимосвязаны с параметрами самого экрана. Следо 25 вательно, зарегистрированный на фотослоеансамбль зон корреляции иэображения фазовохаотического экрана представляет собой фильтрующий элемент, с помощьюкоторого можно непосредственно оцени 30 вать характеристики тех эон корреляции,которые соответствуют анизотропным участкам вещества экрана, т,е, прямо оценивать величину рефракции, связанную свеличиной двулучепреломления.35 В прототипе в качестве освещающегообъект поля используют спеклполе, образованное в результате статистической интерференции когерент ого лазерногоизлучения при его прохсждении через диф 40 фузный рассеиватель, Таким образом, впрототипе реализуется не прямой способисследования параметров оптического поля, пропущенного объектом, а опосредованный анализ углов рефракции по величине45 смещения спеклов освещающего поля поддействием оптических неоднородностейобъекта исследования, 1670542Для анализа параметров пропущенного таким образом излучения сканируют это поле по всей площади зэ транспарантом.Локальный анализ параметров прошедшего сквозь транспарант изображения 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 1. Данные эоны корреляции отображались объективом 6 в плоскость регистрации с увеличением 25 х, 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.Способ повышает точность измерения углов оефракции, поскольку размеры зон корреляции составляют величину порядка 10 - 10 м, а расстояние до плоскостиспеклтранспаранта составляет 10 - 1 м.Следовательно, способ позволяет прово 5 дить измерения углов рефракции с точностью, сравнимой с 10 рад, что на одинпорядок выше точности измерений, достигаемой в прототипе, Помимо этого, способрасширяет возможности измерения углов10 рефракции для статистических фазовых экранов с двулучепреломляющими областямиразмерами порядка длины волны освещающего света с укаэанной точностью, Приэтом извлекается информация не только об15 абсолютных значениях углов рефракции, а иоб их статическом распределении.Формула изобретенияСпособ измерения углов рефракции,включающий регистра цию с пекл-тра нспа 20 ранта, облучение обьекта и спекл-транспаранта когерентным лазерным излучением сплоским волновым фронтом. сканированиеи измерение интенсивности фотоприемником поля излучения, прошедшего объект и25 спекл-транспарант, расчет функции распределения углов рефракции, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точностиизмерения и расширения класса решаемыхзадач путем обеспечения прямого измере 30 ния углов рефракции на фазовохаотическомобьекте с размерами неоднг родностей порядка длины волны облучающего излучения,в качестве спекл-транспаранта используютзарегистрированное изображение поверх 35 ности фаэовохаотического обьекта, причемспекл-транспарант регистрируют излучением, прошедшим поляризатор с осью пропускания ортогональной плоскости паденияизлучения, облучение обьекта и спекл 40 транспаранта производят при установленном перед спекл-транспарантоманализаторе, а сканирование фотоприемником поля излучения последовательно осуществляют при ориентации оси45 анализатора соответственно перпендикулярно и коллинеарно плоскости падения излучения,