Способ определения пропускания когерентного излучения оптическими средами и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0140645 1 М 21/88 1) 4 б 01,1 1/О САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ р г 46) 72) С.53) 56) ето 983 фиц лаб иико . 621 -гер 529 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4067009/40-2510.02.8630.06.88. Бюл.24М. И. Михальчик, Ю. П. НиколаА, Чунин535.24 (088.8)Гуревич М. М. Фотометрия. Теориды и приборы. Л.: Энергоатомиздас. 49 - 58, 193 - 212.ст 3.4924 - 81 Методы измерения коэентов пропускания и показателей оения, п. 2.11.ороко Л. М. Основы голографитной оптики, М.: Наука, 1971, с(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОПУСКАНИЯ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИМИ СРЕДАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области фотометрии и может быть использовано в оптическом приборостроении при контроле качества оптического стекла. Цель изобретения - повышение точности определения пропускания образцов в когерентном излучении и расширение возможностей способа за счет определения наличия в образце неоднородностей, а также контроль всего объема образца. При формировании плоского когерентного пучка, измерении его энергии и определении пропускания оптической среды (как отношения энергии пучка, прошедшего через среду к первоначальной) формимируют пространственно-частотный спектр излучения, прошедшего через образец оптической среды, и выделяют частоты, соответствующие пропусканию образца данных геометрических размеров. Размеры Фурьеспектра и его масштаб связаны с параметрами образца определенными соотношениями. После последовательно расположенных источников когерентного излучения, коллиматора, формируюшего плоский когерент. ный пучок, устройства крепления образца оптической среды и Фурье-преобразующей линзы в фокальной плоскости линзы дополнительно установлена диафрагма, осуществляющая пространственную фильтрацию сигналов в плоскости Фурье-преобразования, которой является фокальная плоскость линзы. Отверстия в диафрагме-фильтре на определенной пространственной частоте выделяют требуемую область пространственно-частотного спектра, соответствуюшую либо пропусканию образца данных геометрических размеров (т.е. низкочастотную составляюшую), либо наличию фазовых неоднородностей в образце (т.е. высокочастотные составляющие). Для определения пропускания оптических сред в когерентном излучении применяется монохроматическое когерентное излучение, соответствующее рабочей длине волны, что позволяет использовать методы пространственной фильтрации и Фурье-спектрометрии при обработке, а это повышает точность определения пропускания образцов оптических сред и позволяет контролировать наличие фазовых неоднородностей в них. Кроме того, использование монохроматического источника при измерении оптйческих параметров среды исключает ошибки измерения, связанные с взаимодействием среды и излучений на нерабочих длинах волн, обусловленные тем, что применяемые фильтры имеют конечный спектральный диапазон пропуска ния. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.1Изобретение относится к области фото- метрических измерений, а именно к способам определения пропускания оптических сред, и может быть использовано в приборостроении.Цель изобретения - повышение точности определения пропускания образцов оптических сред в когерентном излучении, расширение возможностей способа путем определения наличия в образце неоднородностей, контроль всего объема образца.На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - пространственно-частотный спектр, снятый по предлагаемому способу, при измерении пропускания образца без неоднородностей; на фиг. 3 - то же, для образца, содержащего локальные неоднородности 1 - 3 мм; на фиг. 4 - то же, для образца, содержащего неоднородности по ГОСТУ.Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, формирующий плоский фронт когерентного излучения, устройство 3 крепления образца оптической среды, образец оптической среды 4, Фурье-преобразующую линзу 5, диафрагму-фильтр 6 пространственных частот, датчик 7 фотометра.Способ осуществляют с применением устройства следующим образом,Коллиматор 2 формирует плоский фронт когерентного излучения источника 1. Образец 4 оптической среды фиксируется с помощью устройства 3 крепления образца оптической среды, в котором предусмотрена возможность вращения образца вокруг оси, проходящей через центр сечения когерентного пучка и являющейся оптической осью всего устройства в целом.Фурье-преобразующая линза 5 формирует пространственно-частотный спектр излучения, прошедшего через образец оптической среды 4. В фокальной плоскости Фурье- линзы 5 располагается диафрагма-фильтр 6 пространственных частот, в которой выполнены отверстия для выделения требуемых областей пространственно-частотного спектра излучения, прошедшего через образец оптической среды 4.Датчик 7 фотометра осуществляет измерение энергии, выделенной диафрагмой- фильтром 6, областей пространственно-частотного спектра излучения, прошедшего через образец оптической среды 4 и исходной энергии плоского когерентного пучка без образца. Размеры Фурье-спектра и его масштаб связаны с параметрами образца соот- ношениями 2 х 4 ==-2%уЛ где х,у - координаты пространственно-частотного спектра; Л - длина волны когерентного излучения; 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 21 - фокус Фурье-преобразующей линзы;- пространственные частоты излучения, прошедшего через образец оптической среды.Наличие пространственных неоднородностей в образце 4 определяется по энергии выделенной диафрагмой 6 части высокочастотных составляющих пространственно-частотного спектра излучения, прошедшего через образец оптической среды 4. Отсутствие энергии в данной области спектра указывает на отсутствие фазовых неоднородностей в образце оптической среды 4. Контроль всего объема образца осуществляется путем его вращения вокруг оптической оси устройства.Принципиальным отличием способа является формирование пространственно- частотного спектра излучения, прошедшего через образец оптической среды, что позволяет не только измерять энергию прошедшего через образец излучения, но и контролировать наличие в нем фазовых неоднородностей, которые увеличивают размеры спектра пространственных частот и приводят к появлению более высокочастотных составляющих в нем. При выделении части пространственно-частотного спектра, содержащей высокочастотные составляющие, соответствующие наличию фазовых неоднородностей в образце оптической среды, определяют наличие неоднородностей.Кроме того, способ позволяет измерять пропускание образцов оптических сред различных геометрических размеров. При этом размеры образца определяются возможностью формирования параллельного пучка когерентного излучения с сечением, требуемым для освещения всего образца, и размерами Фурье-преобразующей линзы,Поскольку Фурье-спектр обладает центральной симметрией и образующие его компоненты соответствуют фазовым набегам излучения в контролируемой среде (причем знак набега фазы не определен), то при фиксированном положении образца датчик контролирует набег фазы в определенном сечении последнего. Следовательно, для контроля всего объема образца по всем его сечениям необходимы центрально-симметричный датчик (кольцо) или вращение образца в плоскости, параллельной плоскости формирования спектра, вокруг оси, перпендикулярной плоскости спектра и проходящей через его центр симметрии.Пример. Проводятся измерения пропускания образцов оптических сред с диаметром до 120 мм (пластины ПИ - 120) на базе оборудования оптической скамьи ОСК - 2. Измеряется пропускание пластины ПИ - 120 по известной методике. Далее измеряются пропускание этой же пластины на спектрофотометре СФ - 18, а затем - по предлагаемому способу. Далее на пластину 163площади поверхности) наносится мелкодисперсное локальное покрытие с коэффициентом пропускания, близким к единице, и коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления исходного материала, соответствующее требованиям ОСТ 3.4924 - 81 п.2. Вновь проводятся измерения пропускания по трем предыдущим методикам. Результаты измерений отражены в таблице.10Пространственно-частотные спектры снятые по предлагаемому способу используются для измерения пропускания образца без неоднородностей (фиг.2); образца, содержа щего локальные неоднородности 1 - 3 мм (фиг. 3); образца, содержащего неоднородности, соответствующие п. 2 ОСТ 3.4924 - 81. На указанных графиках Е- напряжение на,датчике фотометра с рабочим диаметром 10 мкм; г. - отклонение положения датчика фотометра от оптической оси устройства. Пунктирной линией обозначены пространственно-частотные спектры излучения, прошедшего через устройство без образца оптической среды.25Предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют автоматизировать процесс отбора образцов для измерения пропускания оптических сред, измерять параметры образцов различных геометрических размеров, повысить точность и надежность измерений в когерентном излучении. Устройство, реализующее предлагаемый способ, позволяет уменьшить время подготовки образцов оптической среды к измерениям в 3 раза; точность измерений повышается на порядок (до 0,0050/О). При этом обеспечивается повышение производительности труда при измерении пропускания оптических сред в когерентном излучении в 2 - 3 раза, осуществляется надежный контроль оптической однородности среды.40формула изобретения1. Способ определения пропускания когерентного излучения оптическими средами, 45 заключающийся в том, что формируют плоский когерентный монохроматический пучок электромагнитного излучения, измеряют энергию этого пучка, направляют пучок излучения на образец и вычисляют величину пропускания образца оптической среды, 50 отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения пропускания крупногабаритных образцов, проводят Фурье-преобразование излучения, прошедшего через образец, выделяют из полученного Фурье- спектра пространственные частоты, соответствующие геометрическим размерам части образца, через которую проходит пучок излучения, и измеряют энергию выделенной области спектра, а пропускание вычисляют как отношение энергии выделенной области спектра к исходной энергии.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей способа путем определения наличия в образце неоднородностей, после Фурье-преобразования излучения, прошедшего через образец, дополнительно выделяют часть Фурье-спектра, не содержащую спектральных составляющих, соответствующих пропуска нию части образца, через которую проходит пучок излучения, и судят о наличии неоднородностей по положительной величине энергии, соответствующей дополнительно выделенной части Фурье спектра.3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения контроля всего объема образца оптической среды, его вращают вокруг оси, проходящей через центр сечения когерентного пучка.4. Устройство для определения пропускания когерентного излучения оптическими средами, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник когерентного излучения, коллиматор, формирующий плоский когерентный пучок электромагнитного излучения, устройство крепления образца оптической среды, Фурье-преобразующую линзу, датчик фотометра, расположенный в фокальной плоскости линзы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения пропускания крупногабаритных образцов, расширения возможностей путем определения в образце неоднородностей и обеспечения контроля всего образца, оно дополнительно снабжено диафрагмами-фильтрами пространственных частот, пропускавшей и теневой, расположенными в фокальной плоскости Фурье-линзы перед датчиком и снабженными механизмом их попеременного ввода на оптическую ось, оптическая ось коллиматора, вершина Фурье-линзы, ее фокус и центр датчика фотометра лежат на одной прямой, причем устройство крепления образца выполнено с возможностью вращения его вокруг данной прямой.1406453 Пропускание при наличии неоднородностей по ОСТ 3.4924-81 Локальные1-3 мм 0,93 0,93 0,93 0,93 0,924 0,927 0,927 0,9264 0,9262 0,9262 0,8346,лЕФод щб ЗО -70 -П 7 Способ определения пропускания и обоРудование По ОСТ 3.4924-81на базе ОСКПо ОСТ 3.4924-81на спектрофотометре СФПо предлагаемомуспособу на базеОСКБез неоднородностей Интегрально Дифференциально1406453 НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобр113035, Москва, Ж - 35, Раушская иаб., д. Производственно-полиграфицеское предприятие, г. Ужгород Редактор И. КасардЗаказ 3183/38 тавитель В. Калецицред И. Вересаж 499 СЪ 1