Способ определения критического угла полного внутреннего отражения света

Союз СоветскикСоциалистическимиРесттублик ОПИС ИЗОБР К АВТОРСКОМУ полнител 22) Заявлено 06,0 рмсоединением 1 Х 21/46 осударственный комитет СССР но делам изобретений н открытийПрмормтет ублмкованота опубликов 3) УДК 535,322,(088.8),И,Пеньковский, Б.О.Исхаков и В,Н.Ждан 1) Заявитель КРИТИЧЕСКОГО АЛЕНИЯ СВЕТА ЛА ПОЛНОГО 5 СОБ ОПРЕДЕЛЕН ВНУТРЕННЕГОразде дения тся повыспособеугла падеИзобр чтение относится к измерительной технике и может быть использовано доя определения критического угла, полного внутреннего отражения при автоматизации процессов измерения или контроля степени изменения коэффициента преломления сред.Известны способы измерения критического угла полного внутреннего отражения света путем измерения скач ка интенсивности отраженного пучка света при разных углах падения света на границу эталонной и и:следуемой сред. При этом используют метод непосредственного изменения угла падения света 1).Основным недостатком способа изме рения интенсивности отраженного пучка является низкая точность из-за существенного влияния нестабильности источников света и всякого рода смещений энергетических центров в анализируемых пучках света.Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ определения критического полного внутреннего отражения света, осуществляемый посредством модуляции азимута линейно поляризованного падающего за границу ла сред света, изменения угла па и анализа отраженного света 2,Данный способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что при внутреннем отражении поворот плоскости поляризации отраженного света происходит при углах падения, меньших критического. За критическим углом поворота ппоскости поляризации нет, а наблюдается изменение другого параметра разности фаэ между д - ц б- составляющими поляризованного света. Поэтому при углах падения, больших критического, задача определения критического угла становится затруднительной, поскольку нет информации о требуемом направлении объективного изменения угла падения, В результате снижается точность определения критического угла в аго окрестностиа резкие изменения коэффициента преломления исследуемой среды или угла падения становятся недопустимыми.Целью изобретения являе шение точности измерений.Для этого в известномодновременно с изменением6065 ния линейно-поляризованного с постоянным азимутом поляризации пучкасвета непрерывно модулируют на одной частоте, но в противофазе,параметр направления поляризациии параметр разности фаэ отраженного пучка света, а изменениеугла падения света производят доположения, при котором в спектреэлектрического сигнала отсутствуетпервая гармоника частоты модуляциипараметров поляризации света.На фиг.1 приведена структурнаясхема одного иэ вариантов устройства,позволяющего осуществить предложенный способ, например, с помощьюмагнитооптических мздуляторон состояния поляризации света; на фиг.2зависимости переменных составляющихтока фотоприемника, пропорционального интенсивности света, от измененияориентации осей эллипса поляризации,на Фиг.З - зависимость переменныхсоставляющих тока фотоприемника отизменения эллиптичности отраженногополяризованного пучка света,Способ Реализуют следующим образом.Световой поток от источника света1 попадает на формирователь 2, нвиде параллельного пучка света проходит через поляризатор 3 и под углом с направляется на границу раздела двух сред рефрактометрическогоблока, который выполнен, например,в виде стеклянной полусферы 4 сплоско-ногнутыми линзами 5 и кюветыс жидкостью 6. Отраженный от границысред 4 и б световой поток проходитпервый магнито-оптический модулятор7 состояния поляризации, возбуждаемый переменным электрическим токомчастоты с 0, четнертьволновую пластинку 8, одна из главных осей которойпостоянно сонпадает с плоскостьюпропускания поляризатора 3, второймагнито-оптический модулятор 9, возбуждаемый переменным электрическимтоком частоты Я , анализатор 10,плоскость пропускания которого постоянно составляет прямой угол сплоскостью пропускания поляризатора3, и воспринимается фотоприемником11.Если угол падения света меньшекритического(с(сбор )то в результате эффектов поворота плоскостиполяризации при отражении инебольших нынужденных колебанийпараметра ориентации осей эллипсаполяризации (в данном случае плоскости линейной поляризации) модулятором 7 переменная составляющаясигнала фотоприемника 11 по частотеи по Форме будет такой же, как частота и Форма возбуждения модулятора7 (см.точку а на фиг.2). Прирубсвекрв спектре сигнала Фотоприемника 11пропадает первая гармоника частоты 51 О 15 20 25 30 35 40 45 50 О 9 4возбуждения модулятора (см.точку 6, Фиг.2) .Если угол падения света с ОФу то в результате изменения разности фаз между Р - ц 5 составляющими при отражении и небольших вынужденных колебаний параметра разности фаэ с помощью пластинки 8 и модулятора 9 переменная составляющая сигнала фотоприемника 11 по частоте и по форме будет такой же, как частота и Форма возбуждения модулятора 9 (см.точкуЯ на фиг.З). При с 6 =ср в спектре сигнала фотоприемника 11 пропадает первая гармоника частоты возбуждения модулятора 9 (см.точку 8 фиг.З).Таким образом, при углах паденияс с-л.р. в спектре сигнала фотоприемника 11 присутствуют переменные составляющие первых гармоник либо частоты возбуждения моду - лятора 7, либо частоты возбуждения модулятора 9 и только при с 6 = 4 српеременные состанляющие первых гармоник частот возбуждения модуляторов7 и 9 исчезают. Поэтому для определения с. изменяют угол паденияпучка света ц с помощью реверсивного двигателя 12 до положения, прикотором в спектре сигнала фотоприемника 11 исчезнут первые гармоникичастот модуляции параметров поляризации света.Наиболее просто критический угол определяют, если в процессе определения критического угла модуляторы 7 и 9 ноэбуждают токами одной частоты, но таким образом, чтобы модуляция параметров поляризации (ориентации осейи разности фаз 4 )происходила в противоФазе (см.фиг.З). В этом случае информация о величине и направлении отклонения угла падения от критического заключена в величине и фазе первой гармоники переменной составляющей частоты возбуждения модуляторон 7 и 9. Для автоматического поиска критического угла ренерсивный двигатель 12 подсоединяется к усилителю мощности 13, на вход которого подается переменная составляющая сигнала фотоприемника 11.Способ позволяет автоматизировать процесс точного определения критического угла при полном внутреннем отражении. формула изобретенияСпособ определения критического угла полного внутреннего отражения света, осущестнляемый посредством модуЛяции азимута линейно поляризованного падающего на границу раздела сред света, изменения угла падения и анализа отраженного света, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, одновременно с изменениями угла падения68линейно-поляризованного с постоянным азимутом поляризации пучка света непрерывно модулируют на одной частоте, но в противоФаэе, параметр направления поляризации и параметр разности фаэ отраженного пучка света, а изменение угла падения света производят до положения, при котором в спектре электрического сигна 4409 6ла отсутствует первая гармоника частоты модул яции параметров пол яри з ациисвета.Источники инФормации, принятыево внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 5 9 385207, кл.С 01 И 21/46, 1972,2. Авторское свидетельство СССР9 498535, кл.С 01 Н 21/46, 1975.684409ф Составитедь М.ДедловскийРедактор А.Зиньковский Техред М.Келемеш КорректорМ.Демчик ар зо 4 П фПатентф, г.Ужгород, Ул.Проек филиал каэ 5276/36 ЦНИИПИ Гос по делам 113035, МоскТираж 1090 Подписновенного комитета СССРетений и открытий35, Раушская наб.,д.4/5