Устройство для определения оптической толщины изотопных сред

СОЮЗ Советских СОцийтистицескик Республик4036/26-2 22) Заявлено 17.04.72 21) 1 5 е 177460 О/26-20 присое ением заявк Тво 51 дарстевнный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и откротн 1(32) Приоритет -Опубликовано 15.08.74. БюллеДата ОГуолпковапия Описания ень ЛЪ 3010.04.75 35.243.25 (088.8) 72) Лвтор изоорстсния,71) Заявитель ОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ТОЛЩИНЫ ИЗОТРОГНЫХ СРЕД 4) 1 и оком инте версачи олучени парамет еств ка хся, при твитель тепия является ун ного устройства, п едения измерений сса изотропных вещ так и несамосветящи стродействием, чув ельо изооре я измеритель ожности проирокого кля светящихся, с высоким б зацивозмров шсамочем Изобретение относится к приборам для проведения метрологических измерений оптиКо-физических параметров различных изотроп ных объектов. Оно мо)кет найти широкое применение при измерении коэффициентов погло. щения и усиления слабопоглощающих и усиливающих сред и в различных областях использования лазерной техники.Известны различные схемы измерения коэффициентов поглощения веществ, в которых для повьиения чувствительности измерений используются многоходовые кюветы и высокостабилизировянные источники излучения, Такие устройства имеют сложную схему, не позволяют достичь большого временного разрешения и проводить определение коэффициентов усиления и измерения с самосветящимися объектами.Известны так)ке устройства для измерения внутренних потерь в 01(Г, применение кото. рых ограничивается только для генерирующих сред и ВозмОжно липь В узкОм спектральном интервале частот,постью и точностью анализа в и р рвале частот спектра.Цель изобретения достигается за счет применения в устройстве открытого оптическогог резонатора с расположенными внутри негоисследуемой средой и элементами, вносящимиразличные потери в компоненты поляризацииизлучения, а пя входе - спектрального прибора с призмой Болластона для изаереняОт Опспи 51 интенсивностей спектральной лн.пип в двух поляризациях.О 1 тн 1 ескя 51 схсъя предо 1 ГяезОго мстр 011 с- вя представлена ня чертеже, где: 1 - источник из, 1; 11 снн 51; 2 - снстсая Ро)зИ)овяни 51 параллельного пучка света; 3 - зеркала открытого рсзоняторя; 4 - объем с исследуемой сре.дой; 5 -- поляризующпе элементы; 6 - система освещения спектрального прибора; 7 - приз) Я Волластон 11; 8 - спектр Злыы Прибор; 9 --0 щель спектрального прибора; 10 - диафрагмаспектрального прибора,Принцип ряооть 1 устройства закл 01 ястся Вследующем,При исследовании несамосветящихся и саб мосветящихся объектов, область спектра свечения которых не перекрывает области исследуемого спектра, свет от системы излучениипараллельным пучком направляется в открытый оптическии резонатор, проходит череззо объем с исследуемой средой и элементы поляризации и, попеременно отражаясь внутри резонатора от зеркал 3, выходит наружу, где направляется системой освещения 6 через призму Волластона 7, разделяющую пространсгвенно две взаимно перпендикулярные составляющие компонент поляризации, на щель 9 спектрального прибора 8.При исследовании самосветящихся сред в области спектра их свечения устройство работает аналогичным образом, только в этом случае пет необходимости в использовании внешнего источника излучения.Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы внешний источник излучения излучал плоско- или линейно поляризованное излучение.Во втором случае он должен располагаться так, чтобы направление вектора его поляризации составляло угол 45 с направлениями векторов поляризации поляризующих элементов 5. Расположение призмы Волластона, щели спектрального прибора также должно быть согласовано с направляющими векторов поляризации поляризующих элементов.Прохождение излучения через оптический резонатор с элементами поляризации, вносящими различные потери в интенсивности излучения для различных поляризаций, приводит к тому, что интенсивность выходящего из резонтора светового потока для различных компонент поляризации становится различной и зависит от оптической плотности исследуемой среды, постоянных прибора (деполяризацип источника излучения 1, оптических элементов схемы 2, 6, 9, коэффициента, отражения зеркал 3, резонатора и коэффициента пропускания компонент различной поляризации элементами 5). Таким образом, производя измерение интенсивности двух компонент поляризации после спектрального прибора можно определить оптическую толщину или. плотность исследуемой изотропной среды,В общем случае расчетное соотношение для определения оптической толщины слоя где К - коэффициент поглощения (усиление) среды; ( - длина исследуемой среды; х - оптическая толщина слоя; Л - отношение интенсивностей двух компонент поляризации после прохождения спектрального прибора; т, -- пропускание элемента поляризации 5 для одного направления поляризации; Г - постоянная устройства, зависящая от деполяризующих свойств источника и элементов схемы, соотношения пропусканий различных поляризаций поляризатором, коэффициента отражения зеркал Р,Постоянная Г может быть определена простым путем, в начале измерений, когда из резонатора удаляется исследуемая среда и производится измерение начального отношения интенсивностей компонент поляризации Л а 4(2)Йо - т,При использовании в качестве поляризующнх элементов плоскопараллельных изотроп 5 ных пластин, установленных в резонаторе подуглом Ьрюстера, упрощается юстировка устройства, отпадает необходимость первоначального определения постоянной прибора, снижается время на проведение расчетов.1 О Для таких элементов поляризации расчетное соотношение для схемы, изображенной на фиг. 1, а, для самосветящихся и несамосветящихся сред одинаково:15 К(=х= 1 (У(3)2 Л1/тгде т - пропускание поляризации, часть излучения которой отражается пластиной.Для схемы на фиг. 1, б расчетное соотно 20 шение отличается и для сред несамосветящихся, оно совпадает с соотношением (3), а для самосветящихся приобретает более сложный вид:25 2 т ВЛх =1 п1/(т 4, 1) (, 1) -1- 2 т(Л-(.) - (Л 1) (1 т)(4)При использовании наклонных пластин диЗ 0 афрагма 10 спектрального прибора 8 применяется для выделения только одного типа собственных колебаний резонатора.Таким образом, устройство для определения параметров изотропных сред позволяет 35 при известных коэффициентах пропускания ти отражения Я определять простым путем оптическую толщину слоя х, а при известном ( -и коэффициент поглощения среды К.Кроме того, при использовании источника :10 излучения и элементов, не имеющих деполя.ризации, схема устройства позволяет опреде.лить и значение одного из расчетных параметров (т или Й) в начале проведения измерений,если один из этих параметров измерен каким л 11 бо другим способом.Такая гибкость устройства дает большиепреимущества в его использовании в метрологии прозрачных, слабопоглощающих, поглощающих и усиливающих сред. Расчет показыва ет, что с помощью такого устройства можноизмерять следующие коэффициенты оптических толщин и коэффициенты поглощения иусиления веществ.Для несамосветящихся сред55 хот 2,5 до 10 4Кот 350 см до 2 10 - см - .Для самосветящихся средхот 7 до 10К от 70 см -до 10 "см - .00 Точность измерений для различных интервалов измеряемых параметров и областейспектра колеблется от 0,5 до 207 о.Приведеные расчеты справедливы для толщины исследуемых сред в пределах от 10 -05 до 10 ф см.439871 д л б Составитель Р. АрхипоТехред Г, Васильева Корректор Л. Котов дактор Б. Нанкина зд.1910 11Ц аказ 1 ГИ осударствеииого по де.чам изоб Москва, )К,МОТ, комитетаретений иРаущская агорео 5 11 редмет изобретения1. Устройство для определения оптической толщины изотропных сред, содержащее широкополосный источник излучения с системой формирования параллельного пучка света, открытый оптический резонатор, с размещенной внутри него исследуемой средой, призму Волластона и спектрограф, отличающееся тем, что, с целью определения положительной и отрицательной оптической толщин, как самосветящихся, так и несамосветящихся сред в широком диапазоне спектра, повышения быстро 6Р.действия, чувствительности и точности измерений, в резонаторе расположен, по крайней мере, один поляризующий элемент с различными величинами пропускания взаимно пер пендикулярных компонент поляризации излучения, а перед резонатором установлен источник плоскополяризованного излучения,2, Устройство по п. 1, отличающееся тем,что указанный поляризующий элемент выпол нен в виде изотропной плоско-параллельнойпластины, устанавливаемой в резонаторе под углом Брюстера. Тираж 60 ПодписнСовета Министров СССРоткрытийнаб т 45