Способ определения показателя преломления в инфракрасной области спектра

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09)1 Я 21/ ЕН ЬСТВ инстит Поляков,ецкий траОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕН АВТОРСКОМУ СВИ(56) Бахшеева Г.ф. и др. Рефрактометр для инфракрасной области спектра. - Оптико-механическая промышленность, 1973, В 5, с. 33-35.Гварджаладзе Т.Л. и др, Самопрозрачность в арсениде галлия при двухфотонном взаимодействии с уль коротким световым импульсом ЖЭТФ, т. 64, вып. 2, 1973, с. 446-452(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ В ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА(57) Изобретениизмерения оптич е относится к области еских свойств и может быть использовано при определении показателя преломления различных .материалов в инфракрасной области спектра. Повышение точности, расширение рабочего диапазона обусловлено способностью интенсивного опорного пучка с циркулярной илилинейной поляризацией, направленной под угулом 45 к плоскости поляризации проб ного, наводить в кристалле СаАз гиротропию, двулучепреломление и дихроизм, в результате чего изменяется начальная поляризация пробного пуч1 1280Изобретение относится к измерениюоптических свойств и может быть ис 501 2 1 О 15 го 25 30 35 40 пользовано при определении показателя преломления различных материаловв инфракрасной области спектра.Цель изобретения - повышение точности, расширение рабочего диапазона и упрощение определения показателя преломления,На чертеже изображена оптическаясхема устройства для определенияпоказателя преломления в инфракрасной области спектра, реализующегоспособ.Устройство содержит светоделительную пластину 1, отражательный элемент 2 с возможностью поворота, четвертьволновую пластинку 3, призмуГлана 4, переменную оптическую задержку 5, призму Глана 6 с возможностью поворота вокруг своей оси,неподвижную призму Глана 7, четвертьволновую пластинку 8, пластинку СаАя9, - вход регистратора, призму Глана10 - элемент регистратора, фотоприемник 11 - элемент регистратора. Устройство работает следующим образом.Световой поток от источника монохроматического излучения расщепляется светоделительной пластинкой 1на пробный и опорный пучки. В результате прохождения через элементы 3и 4 пробный пучок приобретает линейную поляризацию, ориентация которойзадается элементом 4, а опорный пучок после прохождения элементов 6,7 и 8 приобретает циркулярную илилинейную поляризацию в зависимостиот ориентации элемента 8. Интенсивность пробного пучка подбираетсямного меньше интенсивности опорного.Оба пучка совмещаются в пространствена входе 9 регистратора. В случаеиспользования опорного пучка с линейной поляризацией, плоскость поляризации пробного пучка устанавливается под углом 45 по отношению к плоскости поляризации опорного. В этомслучае на входе регистратора происходит следующее. Интенсивный линей.но-поляризованный свет опорного пучка наводит в кристалле СаАя двулучепреломление, под действием которогоизменяется начальная поляризацияпробного пучка. В результате этогочерез элемент 10, который устанавливается так, чтобы не пропускать перво начальную поляризацию пробного пучка, проходит световой импульс, регистрируемый элементом 11. Оптическая задержка 5 устанавливается в такое положение, при котором сигнал с элемента 11 становится максимальным. Эта величина отсчета оптической задержки фиксируется. Далее после установки исследуемой среды, определяется новое значение отсчета оптической задержки, при которой также наблюдается максимальный сигнал с элемента 11.Способ основан на способности интенсивного опорного пучка с циркулярной или линейной поляризацией,о направленной под углом 45 к плоскости поляризации пробного, наводить в кристалле СаАя гиротропию, двулучепреломление и дихроизм, в результа те чего изменяется начальная поляризация пробного пучка. В качестве пробного пучка используют пучок с линейной поляризацией, а в качестве опорного пучка - с циркулярной либо линейной поляризацией (в последнем случае плоскость поляризации располагается под углом 45 к плоскости поляризации пробного пучка).Для того чтобы исключить зависимость показателя преломления от ве-. личины интенсивности света, интенсивность пробного пучка выбирают много меньшей интенсивности опорного пучка.Пробный и опорный пучки совмещают в пространстве на входе регистратора, который предлагается выполнить в виде пластинки из СаАя. Это осуществляется для того, чтобы могла меняться первоначальная поляризация пробного пучка. При этом изменение поляризации пробного пучка максимально при равенстве оптических путей пробного и опорного пучков, что обеспечивается временным совмещением этихпучков на входе регистратора, Пробныйпучек с первоначальной поляризациейне пропускается призмой Глана, стоящей между пластинкой СаАя и фотопри-.емником, Для того чтобы добитьсяравенства оптических путей пробногои опорного пучков, оптический путь опорного пучка регулируют оптической задержкой до появления максимального электрического сигнала на фотоприемнике, что соответствует определенной величине оптической задержки, 128050 1которую регистрируют. Регистрацию производят для того, чтобы относительно этой величины в дальнейшем судить об изменении оптического пути пробного пучка, создаваемом исследуемым образцом. Для нахождения этого изменения на оптическом пути пробного пучка устанавливают исследуемый образец; после этого повторно изменяют оптическую задержку опорного пучка и добиваются появления максимального электрического сигнала.Поскольку оптический путь пробного пучка изменился, а максимальный электрический сигнал регистрато ра появляется только при равенстве оптических путей пробного и опорного пучков, то максимальному сигналу будет соответствовать другая величина оптической задержки, которую так же регистрируют. Искомый параметр- показатель преломления определяют по формуле2 а-Ь)и =- ---- +11 и Ьд/ )где а - величина оптической задержки, соответствующая максимальному сигналу на регистраторе в отсутствие ис следуемого образца, мм, Ь - величина оптической задержки, соответствующая максимальному электрическому сигналу на регистраторе при наличии исследуемого образца, мм, Й - толщина исследуемого образа; и в показатель преломления воздуха для данной длины волны.Пример конкретной реализации способа, 40Монохроматический пучек света расщеплялся на два пучка - пробный и опорный. В качестве опорного пучка использовался пучок с циркулярной поляризацией и интенсивностью 452100 МВТ/см , в качестве пробного - пучок с линейной поляризацией и интенсивностью 1 МВт/см. Оба пучка совмещались в пространстве на поверхности пластины СаАз, являющейся вхо- у 0 дом регистратора. Совмещение регулировалось при помощи отражательного элемента, а также двумя собирающими линзами, расположенными на оптическом пути пробного и опорного пуч- у ков перед входом регистратора, и наблюдалось на фотобумаге, которая для этой цели располагалась вместо пластинки СаАз. После указанной настройки фотобумага заменялась пластинкой из СаЛя. После этого совмещалось время прихода на вход регистратора опорного и пробного пучков посредством оптической задержки, как в отсутствие исследуемого образца, так и при его установке на пути пробного пучка. 0 моменте совмещения пучков во времени судили по появлению максимального сигнала на выходе регистратора (фотоприемника), при этом в обоих случаях каждый раз производилась подстройка пространственного совмещения пучков, что приводило к еще большему возрастанию уровня сигнала на выходе регистратора. Регистрировалась величина отсчета оптической задержки соответственно до и после установки исследуемого образца. Величина отсчета оптической задержки в момент совмещения обоих пучков во времени составила без образца 66,355 мм, а с образцом 63,376 мм (ИаС 1). Показатель препомления воздуха для использованной длины волны считался равным 1. Показатель преломления для ИаС 1, рассчитанный по приведенной формуле, составил п = 1,531. Показатель преломления, определяемый по способу прототипу, составил по оценочным данным 1,5+0,5, Сравнение этих двух величин свидетельствует о повышении точности определения. При использовании пластины из исследуемого материала с большей толщиной, а также более точной оптической задержки можно повысить точность определения показателя преломления среды еще на порядок.Таким образом, способ позволяет повысить точность определения показателя преломления по сравнению с3известными в 10 раз, расширить рабочий диапазон длин волн в 1,7 раза от 0,8 до 1,8 мкм, приводит к упрощению определения показателя преломления за счет использования более простого и дешевого регистратора, а также за счет исключения длительного и трудоемкого процесса измерения и обработки информации при определении показателя преломления с помощью фотохронограмм.Формула из обретенияСпособ определения показателя преломления в инфракрасной области+1) пЬ ставитель С.Голубехред А,Кравчук Корректор И.Эрдейи едактор А,Долинич Заказ 70 Тираж 778 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раи открытиишская наб.,4/ полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна оизводстве спектра, включающий расщепление моно- хроматического пучка на пробный и опорный, их регистрацию после прохождения одинакового оптического пути в отсутствие исследуемого образца и при установке образца на пути пробного пучка и последующее нахождение исследуемого параметра повременному сдвигу пробного пучка, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повы-, 10 шения точности, расширения рабочего диапазона и упращения способа, после расщепления монохроматического пучка пробный пучок преобразуют в пучок с линейной поляризацией, а опорный - с циркулярной или линейной, направоленной под углом 45 к плоскости по" ляризации пробного пучка, затем указанные пучки совмещают в пространстве на входе регистратора, представ 1 бляющего собой пластину из СаАз, апри регистрации пучков совмещают время их прихода на вход регистраторапосредством оптической задержки,причем о моменте совмещения пучковво времени судят по появлению максимального электрического сигнала навыходе регистратора, при этом региСтрируют величины отсчета оптическойзадержки а и Ъ соответственно дои после установки исследуемого образца, а показатель преломления и определяют из следующего соотношения: где Й - толщина исследуемого образа;п - показатель преломления возьдуха для данной длины волны.