Устройство для измерения неоднородностей двулучепреломления в кристаллах

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 15.09.82. Бюллетень 34Дата опубликования описания 25.09.82 лв делам нзееретеннй н еткрмтнй(72) Авторы изобретения Институт прикладной физики АН СССРъ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ДВУ,ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ В КРИСТА,Л,ЛАХИзобретение относится к измерениям в оптике и может быть использовано, например, при исследовании качества оптических элементов, изготавливаемых из кристаллов и применяемых в нелинейной оптике.Для измерения неоднородностей показателя преломления оптических элементов может быть использован интерферометр Тваймана-Грина. содержащий источник моно- хроматического света, поляризатор, оптическую систему из двух зеркал и. полупрозрачной пластины, а также геристратор 1.Недостатками этого интерферометра являются повышенные требования, предъявляемые к качеству применяемых в нем зеркал, а также сложность конструкции, обусловленная многоэлементностью оптической системы и необходимостью защиты ее от вибраций и температурных градиентовИзвестно более простое по конструкции устройство, содержащее оптически связанные источник монохроматического света, поляризатор, кристаллический клин, анализатор и регистратор. Клин выполнен из кварца, являющегося оптически активным одноосным кристаллом, а оптическая ось клина параллельна одной из его рабочих граней 2.Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, обусловленная фиксированной ориентацией интерференционных полос относительно исследуемого образца. Это затрудняет обнаружение и оценку величины неоднородностей двулучепреломления.Наиболее близким к изобретению явля 1 о ется устройство, которое содержит оптически связанные источник монохроматического света, поляризатор, кристалический клин, анализатор и регистратор. Клин выполнен из оптически неактивного одноосного кристалла, а его оптическая ось ориентирована к грани под углом, превышающим угол между гранями клина, Это позволяет вращением клина вокруг его оптической оси установить наиболее удобное для измерений положение интерференционной картины, что 20 обеспечивает повышение точности измере.ния 31.Недостатком известного устройства является то, что с его помощью можно исследовать лишь кристаллические образцы, оп3тическая ось которых параллельна рабочим граням. Этот недостаток связан с расходимостью светового пучка, так как в реальных условиях сформировать параллельный пучок света практически невозможно. Вследствие этого различные лучи светового пучка входят в исследуемый образец под различными углами и имеют разные показатели преломления необыкновенных лучей. Это приводит к искажению интерференционной картины. Если оптическая ось параллельна рабочим граням образца, зависимость показателя преломления от направления распространения мала и незначительное искажение интерференционной картины не мешает измерению неоднородностей двулучепреломления. В случае произвольной ориентации оптйческой оси относительно рабочих граней исследуемого образца расходимость светового пучка приводит к такому искажению интереференционной картины, что становится невозможным измерение неоднородностей двулучепреломления.Цель изобретения - обеспечение возможности измерения неоднородностей двулучепреломления в кристаллических образцах с произвольно ориентированной оптической осью.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее оптически связанные источник монохроматического света, поляризатор, кристаллический клин, выполненный из оптически неактивного одноосного кристалла, а также оптически связанные анализатор и регистратор, дополнительно введены плоское зеркало, светоделительная пластина и клин из изотропного материала, установленный так, что совместно с основным клином он образует плосиопараллельную пластину, за которой расположено зеркало, при этом анализатор помещен на пути светового пучка, отраженного от светоделительной пластины, установленной за полизятором.На чертеже изображена оптическая схема устройства.Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 монохроматического света, поляризатор 2, светоделительную пластину 3, плосиопараллельную пластину 4, состоящую из кристаллического клина 5 и изотропного клина 6, плоское зеркало 7, а также анализатор 8 и экран 9 в качестве регистратора, помещенные на пути отраженного от светоделительной пластины 3 светового .пучка.Кристаллический клин 5 выполнен из оптически неактивного одноосного кристалла. В общем случае оптическая ось 2 клина 5 ориентирована к грани под углом, превышающим угол между гранями клина. В варианте, изображенном на чертеже, ось 2 перпендикулярна рабочей грани плоскопараллельной пластины 4. Изотропный клин 64выполнен из материала с показателем преломления п, причем пе(п,Сп где пе -показатель преломления для необыкновенного луча, а по - показатель преломлениядля обыкновенного луча в клине 5. Плоско 5 параллельная пластина 4 установлена с возможностью вращения вокруг оси 2Плоское зеркало 7 установлено перпендикулярно оси формируемого источником 1 пучка света. Исследуемыйобразец 1 О помещен10между светоделительной пластиной 3 и плоскопараллельной пластиной 4, причем оптическая ось 2 образца лежит в плоскостиколебаний клина 5 и составляет с осью светового пучка угол О .Устройство работает следующим образом15 Источник 1 формирует монохроматический квазипараллельный пучок света, отдельные лучи которого вследствие расходимости светового пучка наклонены к его осипод различными углами ,Проходя через поляризатор 2, пучоксвета приобретает линейную поляризацию.Светоделительная пластина 3 пропускаетлинейнополяризованный пучок света, который далее попадает в исследуемый кристаллический образец 10. В образце 10каждый луч пучка разлагается на два ко-,герентных луча с взаимно перпендикулярными направлениями поляризации в , обыкновенный луч с показателем преломления йи необыкновенный, показатель преломления которого йе ( 8 +ы. ) зависит от направления распространения луча и определяется из соотношения пе(8 +с) З 5 где 8 - угол опти- глав для, Лучи распр с различными между ними воучка света ибразца 1 О;преломлениялуча.образце 10едствие чегоь фаз: осью п сью 2 о азатель овенного ются в ми, всл разност между еской о ый пок еобыкн страня коростя никает-длина образца 10 вдоль лучасвета.Поскольку показатель преломления и (8+ сС) зависит от направления распространения луча, разность фаз, приобретаемая каждой парой когерентных лучей, при прохождении через образец 10 различна. Наличие неоднородностей двулучепреломления в исследуемом образце 10 приводит к дополнительному изменению разности фаз между лучами. Клин 5 обеспечивает добавочный сдвиг фаз, линейно изменяющийся по поперечному сечению пучка, а клин 6, вследствие того, что ц ( и п компенсиФ)рует преломление светового пучка в клине 5. 45В результате пучок света после прохождения через плоскопараллельную пластину 4 не меняет своего первоначального направления, т. е, ось пучка перпендикулярна зеркалу 7. Поэтому луч, распространяющийся при прямом проходе через исследуемый образец 10 под углом (8+А) к оптической оси 7. образца 10, при отражении от зеркала 7 распространяется в образце 10 под углом (Э - о) к оси Х.Так как угол с мал (формируемый источником 1 пучок света квазицараллельный), 10 то выполняется соотношениеПе эс 1)+пе Ж -оО п (О)2Вследствие этого каждая пара когерентных лучей при двойном проходе через образец 1 О имеет одинаковый сдвиг фаз, Светоделительная пластина 3 направляет прошедший через образец 10 световой пучок на анализатор 8, который выделяет из каждого луча компоненты с колебаниями, лежащими в плоскости его главного сечения. Эти коле бания интерферируют между собой и на экране 5 наблюдается интерференционная картина, представляющая собой систему параллельных интерференционных полос с локальными изгибами. Полосы появляются вследствие сдвига фаз, вносимого клином 5, а локальные изгибы обусловлены фазовым сдвигом, возникающим из-за наличия неоднородностей двулучепреломления в образце 10. Величина изгибов зависит не только от величины неоднородностей двулучпреломления, но и от взаимной ориентации образца 10 и плоскопараллельной пластины 4, Вращением плоскопараллельной пластины 4 вокруг оси Х находят такое положение вращающейся на экране 9 системы интерференционных полос, при котором локальный изгиб полос имеет максимальную величину, Величину неоднородностей двулучепреломления определяют по формуледгде 0 - величина неоднородности двулу, чепреломления;О, - величина максимального изгибаполосы;Ь - расстояние между полосами. 6Таким образом, введение в устройство плоского зеркала, клина из изотропного материала и светоделительной пластины позволяет устранить влияние расходимости пучка света и обеспечить положительный эффект - исследовать кристаллические образцы с произвольно ориентированной оптической осью,К достоинствам устройства относится также увеличение чувствительности измерений за счет двойного прохода светового пучка через исследуемый образец.Формула изобретенияУстройство для измерения неоднородностей двулучепреломления в кристаллах, содержащее оптически связанные источник монохроматического света, поляризатор, кристаллический клин, выполненный из оптически неактивного одноосного кристалла, анализатор и регистратор, отличающееся тем, что, с целью измерения неоднородностей двулучепреломления в кристаллических образцах с произвольно ориентированной оптической осью, в него дополнительно введены плоское зеркало, светоделительная пластина и клин из изотропного материала, установленный так, что совместно с основным клином он образует плоскопараллельную пластину, за которой расположено зеркало, при этом анализатор помещен на пути светового пучка, отраженного от светоделительной пластины, установленной за поляризатором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики, М., Наука, 1970, с. 333 - 337,2. Грум-Гржимайло С. В. Приборы и методы для оптического исследования крис. таллов. М., Наука, 1972, с. 104 - 106.3. Авторское свидетельство СССР по заявке2792086, кл. б 01 Я 21/40, 1979 (прототип).итель Л.А. Бойкас87 оих каренко едактор М. Дылынаказ 6775/58ВНИИПИ Госупо делам13035, Москва,филиал ППП Пате Соста Техред Тираж арстве зобрет Ж - 35, т, г. Корректор ЮПодписноеитета СССРткрытийя набд. 4/5ул, Проектная, 4 ного ком ний и о РаушскаУжгород,