Лазерный доплеровский микроскоп

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕЩРЕСПУБЛИН ИХ А и Ваап ИЗО ЕТ внич гоженеф 1 Ра 979 1 р КванУ 11,ИЙ.и опрасщеГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(21) 3454087/18-10(71) Киевский ордена ТрудовКрасного Знамени институт иров. гражданской авиации(54),(57) ЛАЗЕРНЫЙ ДОПЛЕРОВСМИКРОСКОП, содержащий лазертически согласованные с ним 01 Р 3/36 у 0 01 Р 5/О БРЕТЕНИЯСТВУ питель, устройство сдвига частоты, две светоотражательные системы, два соосно установленных фокусирующих объектива, приемный объектив, оптическая ось которого .ортогональна оптИческой оси фокусирующих объективов, фотоприемник и измеритель доплеровской частоты, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыщения точности измерений скорости в оптически активных средах, в него введены две четвертьволновые фазовые пластинки, установленные между светоотражательными системами и фокусирующими объективами с возможностью углового смещения вокруг своей оптической оси. Р9Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения лоКальной ско-.рости жидких сред, обладающих естественной либо наведенной оптической активностью.5Известен лазерный доплеровскиймикроскоп, состоящий из лазера,устройства сдвига частоты, расщеци,теля, двух зеркал, направляющих.два пучка под углом друг к другу в 30область измерения, двух Фокусирующих объективов, собирающего объектива, Фотоприемника, диафрагмы иизмерителя доплеровской частоты Я .Недостатком известного устрЬйства является низкая чувствительность,что ограничивает применение схемыпри измерении малых скоростей потоков.Наиболее близким к предлагаемоМуявляется лазерный доплеровский микроскоп, который содержит лазер иоптически согласованные с ним расщепитель, устройство сдвига частоты, две светоотражательные системы,два соосно установленных фокусирую"щих объектива, приемный объектив,оптическая ось которого ортогональна оптической оси фокусирующихобъективов, Фотоприемник и измеритель доплеровской частоты 12 .Недостатком известного лазерногодоплеровского микроскопа являетсянизкая его помехоустойчивость приизмерении скорости жидких сред, обладающих естественной или наведенной оптической активностью, чтоприводит к понижению точности измерений скорости. как показывает теоретический анализ и экспериментальное исследование известной схемы, 40величина доплеровского сигнала взначительной степени зависит от на- .правления приема рассеянного излучения в плоскости, перпендикуляр"ной зондирующим пучкам, которые 45имеют согласованные линейные состояния поляризации. Поэтому при измерении скорости в оптически активнойсреде, например в сахарным растворах,иэ-эа вращения плоскости поляризации активной средой может оказыть 5ся, что доплеровский сигнал будеточень незначителен по амплитудеили даже равен нулю,Цель изобретения - повышение точности измерений скорости в оптически активных средах.Поставленная цель достигаетсятем,что в лазерный доплеровскиймикроскоп, содержащий лазер и оптически согласованные с ним расщепитель, устройство сдвига частоты,две светоотражательные системы,два соосио установленных Фокусирующихобъектива, приемный объектив, опти ческая ось которого ортогональна оптической оси фокусирующих объективов, фотоприемник и измеритель доплеровской частоты, введены две четвертьволновые фаэовые пластинки, установленные между светоотражательными системами и Фокусирующими объективами с воэможностью углового смещения вокруг своей оптической оси.На фиг.1 представлена блок-схема лазерного доплеровского микроскопа на Фиг.2 - теоретическая и экспериментальная зависимости амплитуды доплеровского сигнала в плоскости ОХЧ отугла Ч при линейных согласованных поляризациях зондирующих пучков; на фиг.3 - зависимость амплитуды доплеровского сигнала в плоскости ОХУ от угла Ц при Круговых взаимно ортогональных поляризациях. зондирующих пучков.Лазерный доплеровский микроскоп содержит лазер 1, излучающий линейно поляризованный луч 2, расщепитель 3, делящий луч 2 на два луча 4 и 5, устройство б сдвига частоты, светоотражательные системы 7 и 8, четвертьволновые фазовые пластинки 9 и 10, фокусирующие объективы 11 и 12, кювету 13, по которой движется оптически активная среда,приемный объектив 14, оптическая ось которого ортогональна оси зондирующих пучков, направленных в измеряемую среду навстречу друг другу, рассеянный пучок 15 света, фотоприемник 1 б и измеритель 17 доплеровской частоты.Четвертьволновые Фазовые пластинки 9 и 10 установлены с возможнос" тью углового перемещения вокруг оптической оси, Перед началом работы четвертьволновые Фазовые пластинки .9 и 10 ориентируют так, чтобы в области измерения распространялись йавстречу друг другу два пучка со взаимно ортогональными круговыми поляризациями.Лазерный доплеровский микроскоп работает следующим образом.Лазер 1 излучает вертикально поляризованный луч 2, который делится расщепителем 3 на два луча 4 и 5. Луч 5 с помощью устройства б сдвига частоты, смещается по частоте на величину.1 щ. Далее два луча различной частоты 4 и 5 при помощи светоотражательных систем 7 и 8 Фокусирующих объехтивов 11 и 12 направляются навстречу друг другу в исследуемую оптически активную среду, движущуюся со скоростью Ч по кювете 13. Рассеянный свет 15 со" бирается приемным объективом 14 и направляется на фотоприемник 1 б, выход которого. подключен к измери. телю 17 доплеровской частоты.1065780Предположим, что два зондирую- нальные поляризации. Если навстрещих пучка, направленных в исследу- чу друг другу распространяются два емый поток, имеют линейные согласо- луча, имеющие круговые взаимно ортованные поляризации, например, верти гональные поляризации, то в этдм кальные. Колебание электрического , случае отсутствует интерференция вектора совпадает с осью Оу . для .5 двух волн - периодическое распредеэтого случая на Фиг.2 представлена ление интенсивности вдоль оси пучков. теоретически расчитанная на основе Несмотря на это, амплитуда доплевекторной теории Ии зависимость ам- ровского сигнала при взаимно орто.- плитуды доплеровского сигнала на гональных круговых поляризациях выходе фотоприемнрка 18 и экспери встречных пучков, как показывают ментальная зависимость 19 от направ- Расчеты на основе векторной теории ления наблюдения Ч рассеянного излу- рассеяния, подтвержденные эксперичения в плоскости 0 Я, где ( - угол ментальньаки исследованиями схемы, между осьюО)( и направлением приема превышает в 2,2 раза амплитуду доРассеянного поля. В качестве рас плеровского сигнала при круговых сеивающих центров используются сфе согласованных поляризациях встречрические частицы полистирола д =ных пучков,.т.е. когда в простран= 1,5 мкм. Анализ зависимости пока- стве существует стоячая волна с зывает, что если измеряемая среда периодическим распределением иносуществляет. поворот плоскости по О тенсивности вдоль оси пучка (при.ляризации, то может возникнуть си- круговых согласованныхполярнэа" ,туация, когда рассеянное излучение, циях существует интерференцнонная принимаемое Фотоприемником, будет . картина), Кроме того, при круговых взаимно ортогональным, и следова-, взаимно ортогональных поляризациях тельно, доплеровский. сигнал ра- доплеровский сигнал в плоскости 01 вен нулю. Т.е. отношение сигнал/шум не зависит от угла с (фиг.,3) и п и и мф ри измерении, например, в сахар-следовательно, схема обеспечивает ных растворах зависит от концентра- высокое отношение сигнал/шум для ции раствора и толщины слоя раство- любых оптически активных сред с ра (3 32 на Фиг.1), через который различным удельным вращением.проходит зондирующий пучок.Для исключения этого влияния и Предлагаемое устройство в отлиповышения отношения сигнал/шум в чие от известного позволяет с высхеме установлены две четвертьвол- сохой помехоустойчивостью измерять новые пластинки 9 и 10, преобразую- локальные скорости движения жидких щие состояния поляризации зойдируВ-. 35 сред, обладающих естественной либо ,щих лучей в круговые взаимно ортого- наведенной оптической активностью,Ф, Корректор Л.Патай едакто Заказ 11035/ исноР слиал ППП Патент 1 ф, г. Ужгород,. Ул, Проектная,ВНИИПИ по 113035, Составитель Ю.ВлаТехред.с, Легеза Тираж 828 По осударственного комитета С лам изобретений и открытий сква, Ж, Раушская наб.,