Рефрактометр для анизотропных кристаллов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ИОО СПУБЛИН зсЮ С 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ х т оп- мосе- еорое ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СС Р 335585, кл. С 01 Б 21/41, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 495525, кл. С 01 В 9/02, С 01 И 21/41, 1975 (прототип).(54)(57) РЕФРАКТОМЕТР для анизотропных кристаллов, содержащий источникизлучения и последовательно расположенные по ходу излучения поляризатор, гониометр, анализатор и фотоприемник, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью измерения коэффициентов преломпения анизотропных .кристаллов, обладающих оптическойактивностью и дихроизмом, и повьппения точности измерений, в устройст-,во введены два полупрозрачных зеркала, пластина 2-среза, электрооптический модулятор, отражающее зерка- .ло, узкополосный усилитель и нульиндикатор, причем первое полупрозрачное зеркало, пластина 2-среза иэлектрооптический модулятор располо"жены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при этом первое полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 относительно направления излучеония, плоскость поляризации поляризатора (ППП) параллельна или перпен" дикулярна плоскости, содержащей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей,с направлением излучения, толщина кварцевой пл ны 2-среза соответствует вращен плоскости попяризации на 45 , ао тическая ось электрооптического дулятора составляет 45 с ППП, ле гониометра установлено перпе дикулярно направлению излучения прозрачное зеркало, по ходу изл ния, отраженного от первого пол прозрачнбго зеркала, установлен последовательно расположенные в полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено та.ким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 с нао правлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора составляет угол 45 с плоскостью,осовпадающей с направлениями излучения, отраженного от первого и второ-. .го полупрозрачных зеркал, при этом выход фотоприемника соединен через узкополосный усилитель со входом нуль-индикатора..1Изобретение относится к оптикеи измерительной технике и предназначено для измерения показателей преломления анизотропных кристаллов,преимущественно в инфракрасной области.Известен рефрактометр, содержащийисточник излучения, оптическую систему, поляризатор, модулятор, анализатор, приемник излучения и усили Отель И .Однако данное устройство неприменимо для исследования анизотропныхсред гониометрическим методом из-завлияния оптической активности, а 15также линейного и циркулярного дихроизмов.Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности рефрактометрдля анизотропных кристаллов, содержащий источник излучения, скрещенныеили параллельные поляризатор и анализатор, между которыми установленаплоскопараллельная пластина изготовленная из исследуемого одноосногокристалла, гониометр, спектрограф ифотографическое устройство. Исследуемую пластину устанавливают на поворотном столике гониометра так, что ееооптическая ось отклонена на 45 относительно плоскости поляризации поляризатора и анализатора.При вращении пластинки вокруг оптической осиизмеряют углы падения луча, соответствующие минимуму интерференционной35. картины, по которым строят линиирегрессии, используя известные функ. циональные зависимости. По наклону. линий регрессии определяют показатели преломления 2.Однако известное устройство невозможно применять для измерения показателей преломления кристаллов,обладающих оптической активностью,а также линейным и циркулярным дихроизмом. Кроме. того оно характеризуетсянизкой точностью измерений показателяпреломления анизотропных кристаллов.Цель изобретения - измерение коэффициентов преломления анизотропных50кристаллов, обладающих оптическойактивностью и дихроизмом, а также повышение точности измерений,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее источникизлуяения и последовательно расположенные по ходу излучения поляризатор,. гониометр, анализатор ифотоприемник, введены два полупро 541 2зрачных зеркала, пластина Е -среза, электроаптический модулятор, отражающее зеркало, узкополосный усилитель и нуль-индикатор, причем первое полупрозрачное зеркало, плас - тина , -среза и электрооптический модулятор расположены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при этом первое полупрозрачное зеркало установлено .таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 относительно направлеония излучения, ППП параллельна или перпендикулярна плоскости, содержа" щей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей с направлением излучения, толщина. кварцевой пластины Е -среза соответствует вращениюо плоскости поляризации на 45 , а оптическая ось электрооптического моо дулятора составляет угол 45 с ППП после гониометра . установлено перпендикулярно направлению излучения непрозрачное зеркало, по ходу излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, установлены последовательно расположенные второе полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено таким образом что нормаль к ее по- .Фверхности составляет угол 45 с направлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора составляет угол 45 с плоскостью, совпадающей с направлениями излучения, отраженного от первого и второго полупрозрачных зеркал, при этом выход фотоприемника соединен через узкополосный усилитель с входом нуль-индикатора.На фиг, .1 схематически изображено предлагаемое устройство, на фиг. 2 - азимуты оптических осей анизотройных элементов на фиг, 3 -чзависимостЪ сигнала на выходе узкополосного усилителя от угла падения; луча б на исследуемую кристаллическую пластину. Рефрактометр содержит источник 1монохроматического коллимированногоизлучения и расположенные по ходуизлучения поляризатор 2, первое полупрозрачное зеркало 3, кварцевую пластину Е-среза 4, электрооптический модулятор 5, гониометр 6, на поворотном столике которого установлен(2) 550ци г Е;+, нахои направляосей.В т предлагае ркулярные ия зеркал Н Эдержатель исследуемого объекта 7,непрозрачное зеркало 8, второе полу-прозрачное зеркало 9, анализатор 10,фотоумножитель 11, узкополосныйусилитель 12 и нуль-индикатор 13.Устройство работает следующимобразомЛинейно поляризованный луч,прошедший сквозь полупрозрачное зеркало 3 без .изменения состояния поляриэации, поскольку плоскость поляризации луча параллельна (или перпендикулярна) плоскости падения лучана зеркало, попадает на кварцевуюпластинку Е -среза 4, толщина которой 5подобрана таким образом, чтобы плос- .кость поляризации луча повернуласьона 45 . При прохождении луча сквозьэлектрооптический модулятор 5 в прямом направлении его состояние поляри,зации меняется незначительно и только вследствие паразитной электроги-.рации, так как оптическая ось модулятора параллельна плоскости поляризации падающего луча. При обратном 2прохождении луча сквозь электрооптический модулятор 5 изменение со/стояния поляризации луча за счетэлектрогирации компенсируется, поэтому, если между модулятором 5 и З 0непрозрачным зеркалом 8 не установлен исследуемый объект, который может изменить состояние поляризациилуча, на анализатор 10 падает линейно поляризованный луч, и на выходе узкополосного усилителя 12, настроен"(ного на частоту модуляции электрооптического модулятора 5, имеетместо нулевой сигнал. При установке на поворотном столике гонио-40метра 6 исследуемого объекта луч3т. становится благодаря двупреломлению эллиптически поляризованным.Ортогональные составляющие лучаинтерферируют на анализаторе 10,причем, поскольку одна составляющая,модулирована по фазе, фототок навыходе фотоумножителя 11 имеет видд:,т,ттф.т,а,+2 т,тэо 8 (юй, (1)т 2 ам тудные коэффиенты пропускания дляортогонально поляризованных лучей, неравность которых обусловливает линейный дихроиэм 43 - разность фаз междуор.тогонально поляризовайными лучами,б:4, здпа,бо,Ы - соответственно амплитуда и частота модуляции,При вращении исследуемой кристаллической пластинки вокруг оси,перпендикулярной лучу, на некоторыйугол 11 (фиг.3) на анализатор падаетлинейно поляризованный луч при3 д КТ и на выходе узкополосного усилителя имеет место нулевой сигнал, который фиксирует нуль-индикатор 13.По измеренным углам ; рассчитываютзначения показателей преломления. Вчастности, если исследуемым объектомявляется одноосный кристалл, оптическая ось которого перпендикулярна осивращения и лежит в плоскости среза,показатели преломления можно определить по формулам: 3лЕ,)(3)Поскольку. в Формулу (2) для и н входят значения длины волны излученияи толщины пластины Й, погреш" ности определенияи д не влияют на точность измерения и . Кроме того, при известном п 8 формула (3) может служить для определения Й (при известном 71 ) или(при известном Й) по измеренным углам Е 1, 2 и Г.. Предлагаемый рефрактометр измеряает показатели преломления не только одноосных, но и двуосных кристаллов при произвольной (в том числе и неизвестной) 1 риентации оптический осей Когда ориентация оптических осей . кристаллической пластины неизвестна, проводят пять измерений углов падения Е в случае одноосиого кристалла и восемь измерений Е 1 в случае двуосного. Составляя соответственно четыре или семь уравнений, соответствующих изменению разности хода на Х- при повороте пластины от Я; до 2е=по "1 251 й Я 51 п Е-Б 12 окаэатели преломлениякосинусы оптических ом устройстве исключе.эффекты вследствие8 и влияние линейного дихроизма в результате применения модуляции, характер которой определен ориентацией элементов, При укаэанной на фиг, 2 ориентации оптических осей элементов 2, 5 и 10 фототок, который 5 пропорционален интенсивности луча после анализатора 8, определяется уравнением (1). Из уравнения (1) видно, что нечетные гармоники пропорциональны линейному двупреломлению (здп 8 ), четнь 1 е гармоники - линейному дихроизму (Т - Т). Поскольку уз 2кополосный усилитель 10 настроен на частоту модуляции электрооптйческого модулятора 6 (или другую нечет ную гармонику), то линейный дихроиэмне влияет на точность измерений ли.нейного двупреломпения. Повьппение точности измерений показателя прелом- . ления обеспечивается за счет двойного прохождения лучей благодаря исключению влияния электрогирации модулирующего кристалла и погрешности, вызванной раздвоением луча из-за двупреломления, что обеспечивается прохождением отраженных лучей по тождественной траектории.Оптическая схема рефрактометра удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к прецизионным модуляционным приборам, т.е. исключено влияние на точность измерений дрейфа рабочей точки модулятора благодаря ориентации модулятора 6 и анализатора 8, а также искажений состояния поляризации лучей на полупрозрачныхзеркалах,что обеспечивается перпендикулярностью их плоскостей падения.Применение интерференционногоН гониометра с точностью отсчета 0,1 позволяет измерить показатели преломления ряда кристаллов в инфракрасной области спектра с точностью 1-5101100541 2 Составитель С.ГодубевТехред Л. Иикеш Корректор О.Билак Редакт елинск Тираж 823Государственного комитетаелам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д