Устройство для измерения величины двулучепреломления

) 0 01 Н 21 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ ОСУДАРСО ДЕЛА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ЕТЕЛ МУ АВ(21 (22 (46 о се шеазцг войц 1 а 1 ог 8,23,) 3569300/18-25(71) Ленинградский институт ядернФизики им. Б.П.Константинова(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯВЕЛИЧИНЫ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ, содержащее источник монохроматическогосвета и расположенные по ходу лучаполяризационную призму, модулятор,измерительную кювету и приемникизлучения, соединенный со схемойобработки сигнала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыщения чувствительности устройства,в него дополнительно введено плоскоезеркало, установленное перпендикулярно направлению хода луча, заизмерительной кюветой, а модуляторвыполнен в виде вращающейся анизртропной полуволновой пластины.Изобретение относится к оптикеаниэотропных сред, а именно к устройствам для измерения малых коэффициентов преломления предельнотонких объектов, имеющих сравнимуюс длиной волны света толщину, иможет быть использовано в биофизических исследованиях, например дляизлучения структуры биологическихи модельных мембран.Известно устройство, в которомсвет, прошедший через образец ианизотропную пластину в четвертьволны, расположенную между образцоми модулятором, модулируется с помощью вращающегося поляроида, а 15сигнал регистрируется с помоцьючувствительного фазометра 1 .Недостатком этого устройстваявляется небольшая глубина и линейность модуляции, а следовательно, 2 Оневысокая чувствительность.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения величиныдвулучепреломления, содержащее 25источник монохроматического светаи расположенные по ходу луча поляриэационную призму, модулятор, измерительную кювету, анализатор иприемник излучения, соединенный сосхемой обработки сигнала. Поляризованный свет падает на пьезоэлектри"ческий модулятор, в котором под воздействием внешнего электрическогополя, изменяющегося с некоторойчастотой, возникает оптическая 35аниэотропия, пропорциональная напряженности этого поля. Таким образом,на объект приходят обыкновенная инеобыкновенная (обусловленная анизотропией) волны с разностью хода Ф, 4 Опериодически меняющейся но времени.Объект, обладаюций собственной анизотропией, вносит дополнительную разность хода, которая и характеризует .величину двулучепреломления 3 .Свет,прошедший через объект, проходитанализатор, скреценный с поляризатором, и падает на приемник 2),Недостатком известного устройстваявляется низкая чувствительность кизмеряемой величине (10рад), таккак модулятор не обеспечивает линейность модуляции и стабильность амплитуды модуляции, а наличие раздельныхполяризатора и анализатора приводитк спонтанному изменению степени ихскрещивания и возникновению дополнительных ошибок.Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.Поставленная цель достигается бОтем, что в устройство для измерениявеличины двулучепреломления, содержащее источник монохроматическогосвета и расположенные по ходу лучалоляриэационную пРизму, модулятору 65 измерительную кювету и приемник излучения, соединенный со схемой обработки сигнала, дополнительно введено плоское зеркало, установленное перпендикулярно направлению хода луча, за измерительной кюветой, а модулятор выполнен в виде вращающейся анизотропной полуволновой пластины.Воэможность повысить чувстнительность появляется в данном устройстве вследствие того, что анизотропная пластина вращает плоскость поляризации света (т.е. меняет направление плоскости поляризации, что и обеспечивает высокую степень линейности модуляции, благодаря независимости полезного сигнала от амплитуды модуляции. Использование одной и той же призмы н качестне поляризатора и аналиэатора устраняет проблему поддержания, высокой степени их скрецения, необходимую для достижения высокой чувствительности.На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - ход прямого луча в призме; на фиг. 3 - ход обратного луча; на фиг, 4 - зависимость величины двулучепреломления от напряженности .электрического поля в ячейке КерраУстройство содержит источник монохроматического света - лазер 1, плоское зеркало 2, поляриэационную призму 3, вращающуюся кварцевую полунолновую пластину 4, измерителв. ную кювету 5, клоское зеркало б, приемник 7 излучения, многоканальный анализатор 8 и ЭВИ 9.Устройство работает следующим образом./ Свет от лазера 1, отразившись от плоского зеркала 2, проходит через поляризационную призму 3, представляющую собой клин, вырезанный из исландского шпата. После прохождения поляризационной призмы 3 луч проходит через вращающуюся с частотой ы кварцевую пластину в полволны, вырезанную параллельно оптической оси кварца, модулирующую плоскополяриэованный свет так, что плоскость поляризации его на выходе иэ пластины вращается с частотой 2 И в сторону, противоположную вращению пластины. Частотаызадается произвольно. Далее, пройдя через исследуемый объект и отразившись от плоского зеркала б, свет снова проходит через объект и полу- волновую пластину 4. Поскольку свет проходит через модулятор дважды, то на выходе иэ нее (если днулучепреломление объекта равно О). он сиона преобразуется в плоскополяриэованный свет с невращающейся. плоскостью поля риэации, имеющей то же направление, что и первоначально падающий луч.Это позволяет испольэовать одну и гу же призму 3 в качестве поляризатора н анализатора (Фиг. 2), Свет, вышедший иэ анализатора под углом Ж отразившись от зеркала 2, попадает на приемник 7 излучения. Сигнал с приемника излучения поступает на многоканальный анализатор 8, регистрирующий интенсивность света 3 Ц эа период вращения в полуволновую пластинку 4. На выходе анализатора 8 имеем спектр, обсчитызаемый на ЭВМ 93=Е,а-ц сс в 2 а ч 1 о 2 и 1-Мвю 2 а,соб 2 аФ - Осоь 22 а;Явв 4 и 1-бм 2 2 и )соэ 4 иЦ где ( - величина, характериэукщая 15отличие падающего на образецсвета от плоскополяризованногоц - коэффициент скрещения поляри.затора и анализатора; 2 ОМа - угол между оптической осьюпластины и плоскостью поляризации падающего света вмомент времени 1 =08 - коэФфициент двулучепреломнения объекта.Обработав полученный спектр с по" мощью ЭВИ, определяют величины Ма, 8 и угол между оптической осью объекта и плоскостью поляризациипрошедшего через призму 3 светаВ предлагаемом устройстве пбпезный сигнал не зависит от амплитуды модуляций, так как Е=ЕО(ею 2 и + +3 ф е 4 и 1 +а) . Следовательно, исчез ают проблемы, связанные со стабилизацией амплитуды, что обеспечивает высокую степень модуляции.Благодаря введению плоского зеркала луч проходит туда и обратно через объект и поляризацнонную призму, которая выполняет одновременно роль поляризатора и анализатора. Это обеспечивает высокую степень постоянства скрещения. Предлагаемое устройство реализовано и.испольэовано для излучения влияния магнитного йоля на структуру биолсгичеСких лапоидных мембран толщиной 100 Х.В качестве источника света используетсяйс-Мфлаэер630 нм, модулятором служит пластина в полволны, вырезанная из кристаллического квар" ца параллельно его оптической оси, толщиной 1 ьм, диаметром 10 мм с параметром совершенства(3,29+ +0,01) 10 . Свет регистрируется фотоумножителем ФЭУ. Форма сигнала на выходе записывается многоканальным анализатором,ГК 1024 и обсчитывается с помощью ЭВМ ЕИС-ббб. Установка откалибрована на ячейке Керра с нитробенэолом. Калибровочный график представлен на Фиг, 3, из которого видно, что чувствительность устройства составляет 416 рад, что выше на два 6три порядка аналогичных устройств для измерения величины двулучепреломпени я.1099256 65/37 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5аказ илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна СоставитеЛь С. Голубев едактор П.Коссей Техред Т.Маточка Корректор А.Зимокосов