Интерференционный способ определения показателя преломления

ОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в 868498 Союз Советск и кСоциалистическиеРеспублик(51)М. Кл. 6 01 И 21(45 91 еуирстееккий квинтет СССР в делам нзобретеннй н еткрцтнй(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИЬННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ Изобретение относится к оптике и , может быть использовано при определении показателей преломления тонких пленок, пластинок, покрытий, микро- препаратов и других подобных объектов в оптическом приборостроении, химии,5 минералогии, физике высоких давлений и т.д.Известен интерферометрический способ определения показателей преломления путем пропускания луча света через объект, измерения толщины образца и наблюдения интерференционной картины 1 .Недостатки этого способа заключаются в том, что для измерения не 15 обходимо наличие эталона с заранее известным показателем преломпения; при определении показателя преломле. ния необходимо измерение его толщины20 причем точность измерения толщины непосредственно влияет на точность определения показателя преломления; все интерферометрические способы используются для определения показателей преломления в проходящем свете.Кроме того, указанный способ пригоден только при измерениях микро- объектов толщиной более 1 мм, неизвестно использование интерферометрических способов для измерения показателей преломпения у микрообъективов.Наиболее близким к предлагаемому является интерференционный способ измерения показателей преломления пластинок. При осуществлении этого снособа измеряемая плоскопараллельная пластинка помещается в параллельном пучке лучей, выходящих иэ монохрома- тора. Испытуемая пластинка устанавливается на угломерном приборе, позволяющем измерять углы ее поворота. Для исключения необходимости измерения толщины пластинки измерение разности хода производится дважды (в проходящем свете и в отраженном свете) пу868498 4спектра, сходящийся белый пучок лучейнаправляют на объект, фокусируют отсраженные от поверхности объекта лучи о- на щель спектрографа, наблюдают через измерительное устройство спект -рально-угловую интерференционную.картину, выбирают любую темную поло -су, наводят отсчетную метку измерительного устройства на участки полосы, соответствующие минимальному имаксимальному углам падения светового пучка, с помощью измерительногоустройства определяют соответствующие этим углам длины волн,: по которым судят о показателе преломленияобъекта.На фиг, 1 представлена схема устм ройства для реализации предлагаемогоспособа; на фиг. 2 - спектрально-угловая интерференционная картина.Устройство содержит образец 1, лин.20зу 2, спектрограф 3 и измерительноеустройство 4 с отсчетной меткой.Способ осуществляется следующимобразом.25На поверхность плоскопараллельное го прозрачного образца 1 направляютсходящийся белый пучок лучей с угломпадения от 11 . до Чщ . Лучи отражаются от верхней и нижней поверхностей объекта. Установленной на путиотраженных лучей линзой 2 фокусируютотраженные лучи на входную щель спектрографа 3 и наблюдают полученную вплоскости спектра спектрально-угловую35 интерференционную картину, которуюизмеряют с помощью измерительного уст- ройства 4. Ее возникновение объясняется следующим образом. Оптическаяразность хода К в длинах волн с 1. для40 лучей, отраженных от поверхностейпластинки под углом Ц , при толщине 11 определяется известной форму- лой Л (1) 2 ь ах тем вращения пластинки и измеренияугла ее поворота. Определение показателя преломления производится поформульной зависимости, в которую вхдит число волн, (интерференционныхполос), соответствующее длине ходалуча в пластинке в проходящем и отраженном свете. При этом для определения числа волн необходимо выполнениенескольких промежуточных вычисленийИТаким образом, при использованииэтого способа необходимо дважды опре,делить число интерференционньгх полос(для проходящего и отраженного светавыполнить измерение угла поворотапластинки и провести промежуточныевычисления для использования их затев основной формуле. Все это приводитк дополнительным затратам времени иусложнению аппаратуры из-за необходимости поворота пластинок. Применениеэтого способа для измерения фаз гетерогенных микропрепаратов практически невозможно, так как в этом случапотребовалось,бы извлечь исследуемуюфазу из препарата, изготовить из неплоскопараллельную пластинку и выполнить соответствующие измерения. Учитывая, что исследуемые включения могут иметь размер порядка несколькихмикрон, обладать повышенной хрупкостью или твердостью, изготовлениепластинок из них практически невозможно,Этот способ не может быть применен для измерения показателей прелоления в отраженном свете, представляющего большой интерес для пленок,нанесенных на непрозрачную подложкуКроме того, в экстремальных условиях, например при определении показателя преломления вещества, раздавленного в тонкую пленку. между алмазными призмами, находящимися под высоким давлением, поворот пленки невозможен. Следовательно, в подобныхэкстремальных случаях показатель преломления н, может быть измерен.Цель изобретения - ускорение процесса измерений и обеспечение измерений в экстремальных условиях,Поставленная цель достигается тем,что в интерференционном способе определения показателя преломления,заключающеМся в том, что пучок света,направляют на объект, фокусируют егона щель спектрографа и наблюдают интерференционную картину в плоскости На полученной интерференционнойспектрограмме выбирают любую темнуюполосу и определяют для нее длиныволн, соответствующие углам падения50 лУчей ,1 И и Ч Х.Можно записать Если в формуле 2) известны 3. а также Ч и ЦО, из нее868498 ниях пленок, нанесенных на непрозрачную подложку и в других аналогичных "лучаях. Для подобных случаев внастоящее время не существует прямых 5 методов измерения показателей лреломления.При измерении показателей преломления по предлагаемому способу нетребуется применение эталона и опре О деления толщины объекта или испольизов ание дополнительных побочных деиствий, позволяющих исключить измерение толщины объектов, а также нетребуется высокая монохроматичность 15 освещающего пучка лучей. При этомпопутно может быть также определенатолщина объекта.Обобщая все изложенные преимущества предлагаемого способа можно сде. -лать вывод, что трудоемкбсть операций при измерении показателей преломления сокращается не менее, чем в2-3 раза, уменьшаются затраты наоборудование примерно в 1,2-1,5 раза 25 а также появляется возможность измерения показателей преломления дляобъектов, находящихся в экстремальных условиях.Формула изобретенияИнтерференционный способ опреде О ления показателя преломпения, заключающийся в том, что пучок света направляют на объект, фокусируют егона щель спектрографа и наблюдают интерференционную картину в плоскости 5 спектра, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью ускорения процессаизмерений и обеспечения измерений вэкстремальных условиях, сходящийсябелый пучок лучей направляют на объек О фокусируют отраженные от поверхностиобъекта лучи на щель спектрографа,наблюдают через измерительное устройство спектрально-угловую интерференционную картину, выбирают любую тем ную полосу, наводят отсчетную меткуизмерительного устройства на участки(6)И 1- МИ-Эи ,Таким образом, по сравнению с известными способами предлагаемый интерференционный способ измерения показателей преломления тонких пластинок ппенок, фазовых включений в микропрепаратах имеет следующие преимущества.Позволяет определять показатель преломления отдельных фаэ, образующих включения в микропрепаратах без их извлечения из шлифов и срезов. При этом отпадают дополнительные и трудоемкие операции и аппаратура для извлечения включений, отпадает необ ходимость в наборах иммерсионных жидкостей и их аттестации, а также в других затратах времени и средств, , связанных с применением предлагаемого иммерсионного метода. 50Позволяет производить измерения только в отраженном свете на микрообъектАх с поперечными размерами до 5 мкм. Такие измерения представляют особыи интерес при измерении показа 5 телей прелокпения в экстремальных условиях, например при сжатии веществ .между алмазными наковальнями при . сверхвысоких давлениях, при измере-. т уст эти следует формула для определения показателя преломления объекта2. 11,2.,1а, "сии все ".ваР( )И 11 И такИзмерения 3.11 и1 выполняют измерительным устройством 4 с отсчетной шкалой, проградуированной в длинах волн, например, с помощью бисектора винтового окулярного микрометра. Углы Ч и 11 определяют при аттестации прибора, которым производят измерения по предлагаемому способу. При этом используют вещества с заранее известным показателем преломления.Предлагаемый способ может быть использован и для измерения толщины объекта. Для этого находят длины волн соответствующие Ки К+1 темным интерференционным полосам при Чп 111 Ц 11 Ц)(фиг,2).Из формулы (1) следует полосы, соответствующие минималь и максимапьному углам падения светового пучка, с помощью измерительногоройства определяют соответствующием углам длины волн, по которым судят о показателе преломления объектИсточники информации, принятые во ввимание при экспертизе1. Борбат А. М. и др. Оптические измерения, Киев, "Техника", 1967,гл, УП2. Захарьевский А. Н Интерферомет ры. И., Оборонгиз, 1952, с. 232-237 (прототип).868498 а Составитель В. Юртаедактор Н. Безродная Техред М. Рейвес Зак Подписноеета СССРытийя наб., д. 4/5"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,илиал 309/58 Тираж 910ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и откр113035, Москва, Ж, Раушска 1 цИг орректор У.Пономаренко