Способ обнаружения дефектов

,115187 9 у 21/59; С 01 Л 1/О ЕНИ 15 нститут ивкенеровранспорта Ф 3892494 01 Л 1/О р 1 хсасдоп оГ гоЬе ГесЬпЦи 76, ч. 13, (прототип) . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСНОМУ СЮФДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ, заключающийся в пропускаиииоптического луча через последовательно расположенные фокусирукнцуюоптическую систему и исследуемуюоптическую среду, сканированиисфокусированньвч лучом по объемуисследуемой оптической среды, из.мерении отклика системой селективного усиления на частоте ы , о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения чувствительностик дефектам в оптической среде, одновременно со сканированием сфокусированный луч приводят в периодическое двикение с частотой, равной,частоте ы селективного усиления1 1151Изобретение относится к дефекто-" скопии оптических сред и может быть использовано для обнаружения дефектов в оптических кристаллах или в оптических средах в частнос 15 ти в пироэлектрических средах, в средах с наведенным пироэлектрическим эффектом, поглощающих рассеивающих и люминесцентных средах.Известен способ обнаружения деФектов, в котором оптический луч модулируют (прерывают) с частотой в , фокусируют и сканируют по исследуемой оптической среде, а с помощью системы селективного усиле 15 ния и регистрации, настроенной на частоту ш, измеряют отклик среды. Измерения осуществляют путем регистрации интенсивности рассеянного в объеме среды и отраженно 20 го в обратном направлении излучения, Рассеянное излучение регистри" руют Фотоприемником (например, фотодиодом или Фотоумножителем). Сигнал с фотоприемника попадает на25 систему селективного усиления и ре" гистрации,При отсутствии дефектов в оптической среде происходит рассеяние на решетке среды (Рэллеевское, Мандельштам-Бриллюэновское комбинационное и т.д.), являющееся фоновым излучением,. Это.рассеянное иэ" лучение регистрируют фотоприемником и системой селективного усиления и регистрации, получая фоновый 35 отклик. При использовании достаточно интенсивного источника излучения (например, лазера с мощностью излучения 0,1-1 Вт) в фоновое излучение преобразуется10 -10 ф часть 40 от падающего, т.е.;0,1-1 мВт.При наличии дефектов в среде появляется дополнительное рассеяние на дефектах, являющееся полезным сигналом (дополнительный отклик) 11. 45Недостатком данного способа обнаружения дефектов является малан чувствительность к малым дефектам (неоднородностям) среды, так как полезный сигнал от дефекта (дополни тельный отклик) измеряют на Фоне боль- його сигнала (на фоне фонового отклика). В связи с этим измерение дефектов кристалла, дающих дополнительный отклик по величине значительно 55 меньший чем фоновый, затруднительно. Так, например, дефектьгмогут дать дополнительный отклик равный 0,010,0001 от Фонового отклика (фоновый отклик 1 мВ, дополнительный отклик г 10 - 10 мВ) .Применение дополнительных усилительных систем усиливает одновременно Фоновый и дополнительный отклики, так как эти сигналы промодулированы с одной и той же частотой, а уровень дополнительного отклика, по отношению к Фоновому, остается таким же низким. Таким образом, данный способ измерения дефектов пригоден для измерения достаточно больших дефектов, дополнительный отклик от которых сравним с Фоновым откликом и не пригоден для измерения достаточно малых дефектовНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обнаружения дефектов, заключающийся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемую оптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой среды и измерения отклика системой селективного усиления и регистрации. Измерение осуществляют путем регистрации пироэлектрического отклика среды, те, измеряют разность потенциалов.на боковых гранях среды(на электродах кристалла), возникающую под действием сфокусированного луча.При отсутствии дефектов регистрируют фоновый отклик, обусловленный остаточным поглощением в кристалле. При мощности излучения 0,1-1 Вт ти-,. пичный .Фоновый сигнал10 мВ. Большие дефекты дают дополнительный отклик; 5 - 0,5 мВ Малые дефекты среды дают дополнительный отклик 10 " - 10 мВ и меньше. Такие малыесигналы практически невозможно зарегистрировать на Фоне такого большого фонового отклика (,- 10 мВ). Применение дополнительного усиления не приводит к улучшению возможности регистрации дополнительного отклика, так как отношение дополнительного отклика к Фоновому остается прежним и после усиления 23.Недостатком известного способа является малая чувствительность к обнаружению малых дефектов, обусловленная необходимостью регистрации малых полезных сигналов (лоиолнимежду дополнительным и Фоновым откликами.В предложенном способе периодическое движение сфокусированного луча (фокальной области) с постоянной частотой, совпадающей с частотой селективного усиления сигнала системой селективного усиления и регистрации, приводит к возникновению постоянного Фонового сигнала (не менявшегося во .времени, фиг.З).При наличии дефекта в кристалле периодическое пересечение этого деФекта сфокусированным лучом приводит к появлению периодического во времени полезного отклика (дополнительного отклика), т.е. меняющегося во времени с частотой, равной частоте вращения перетяжки луча, Общая картина в этом случае - постоянный Фоновый отклик плюс переменный дополнительный (полезный ) отклик. При усилении с помощью системы селективного усиления и регистрации этих сигналов эффективно может усиливаться только полезный сигнал (постоянная составляющая не может быть ления и регистрации). Полезный сигнал может быть значительно усиленпо амплитуде, что приводит к значительному увеличению чувствительностипредлагаемого способа к малым деПредложенный способ реализуетсяпри помощи устройства, представленнием Р=120 мм в оптическую среду 3(кристалл иодата лития с размеромсторон 152010 мм), фокальная обнирует объем исследуемой оптической среды с помощью качающегося в двух плоскостях и пЕремещающегося поступательно относительно кристалла плоскопараллельного зеркала 5, а такжеодновременно приводится во вращательное периодическое движение. Вра" щательное движение фокальной области 4 сфокусированного луча 1 получают, пропуская оптический луч через прозрачную плоскопараллельную пластину 6, нормаль к которой составляет небольшой угол с направлением распространения луча. Пластину с помощью з 1151871 4 тельного отклика) при наличии больших Фоновых сигналов (фоновогоотклика) .Цель изобретения - повышениечувствительности к обнаружению малых дефектов..Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу обнаружения дефектов, заключающемуся в пропускании оптического луча через последовательно расположенные фокусирующую оптическую систему и исследуемуюоптическую среду, сканировании сфокусированным лучом по объему исследуемой оптической среды и измерении 15отклика системой селективного усиления на частоте ш, одновременно сосканированием сфокуснрованный лучприводят в периодическое движениес частотой, равной частоте о селективного усиления.Благодаря периодическому движениюфокальной области чувствительностьспособа значительно возрастает, потому что появляется воэможность 25.устранить Фоновый отклик и эначительно усилить дополнительный - полезныйотклик. усилена системой селективного усиНа фиг,1 изображена схемаустройства, реализующего предложенный 30спо:об; на фиг2 - сигнал откликадля известного способа на Фиг.3 -то же, для предложенного способа доусиления; на фиг.4 - то же, после Фектам (фиг.4). усиления. 35В известных способах при модуляции луча в кристалле возникает фо- ного на фиг.1. новыйотклнк, который меняется во Луч 1 гелий-неонового лазера времени с частотой модуляции (ЛГ) фокусируют с помощью сфе(фиг,2) . Фоновый отклик постоянен 4 Орической линзы 2 с фокусным расстояпр амплитуде, но переменен во времени (пульсирующий с частотоймодуляции луча). Попадание Фокальной области луча на дефект в крис- ласть 4 сфокусированного луча 1 скаталле приводит к небольшому изменению фонового сигнала по амплитуде, Это небольшое изменение амплитуды является полезным откликоми его достаточно трудно выделить избольшого Фонового сигнала (отклика). 5 ОПри усилении этих сигналов (дополнительного и фонового откликов) отношение между ними остается постоянным и условия выделения дополнительного отклика при усилении неулучшаются, т.е. система селективного усиления и регистрации в данном случае не изменяетотношенияаказ 2313/одписиое Тираж 8 фиа,Э 11518 электродвигателя СДприводят во вращательное движение вокруг оси9 совпадающей с направлением распространения луча,Частоту вращательного движения 5 пластины выбирают равной о, при этом сфокусированный луч 1 также совершает вращательное движение в кристалле с частотой со. При пересечении им дефекта в кристалле на электро дах 7 появляется периодический сигнал с частотой о, который регистрирует настроенная на частоту и система селективного усиления и регистрации. Измерение отклика среды при 15 наличии дефектов осуществляют за счет измерения пироэлектрического сигнала. Алюминиевые электроды 7 наносят (напыпяют) непосредственно на кристалл. Частоту периодического вра щения изменяют в пределах 35-70 Гц.В качестве системы 8 селективного усиления и регистрации используют филиал ППП пПатеитнг. Ужгоррд, ул. Проектная, 4 селективный измерительный усилительтипа У 2-6, При мощности излученияЛГ, равной 40 мВт, полезный сигнал (дополнительный отклик) дляразных дефектов изменяется в пределах (0,5-100) 10 з мВ, фоновыйотклик равен нулю, уровень шумов(0,3-0,5) 10 мВ. Для другого варианта исполнения устройства периодическое колебательное движение сфокусированного луча 1 осуществляют, отражая луч 1 от зе -т зеркала гальванометра, которое приведено в колебательное движение. Частоты колебательного движения области перетяжки и системы селективного усиления и регистрации равны 225 ГПЦередлагаемый способ обнаружения дефектов обладает значительно более высокой чувствительностью (в 10- 103 раз) по сравнению с известными способами,