Способ измерения градиента показателя преломления плоских объектов

887 А 1) С 01 И 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСКОМУ СЕИДБТЕЛЬСТВУ Бюл, В 12прикладной физи ов(088,8 онии Ф 55-13542 41, 1980.Н, и др, Иуаро ики положения н 1 Иашииостроени,196 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТйО ИЗОВР 1."ТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯфй ГННТ ССОР(56) Заявкакл, 6 О 1 Б 2Преснухинрастровые даприменение.с, 178-179,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в океанологии, Физике плазмы,аэро- и гидродинамике, например,дляисследования стратифицнрованной жидкости,Цель изобретения - повышение точности измерений градиента показателя преломления (Фп) прозрачных объектов.На фиг.1 изображена блок-схема одного из вариантов устройства, с помощью которого может быть реализовано изобретение; на фиг.2, 3 - муаровые картины, полученные при измерении градиента показателя преломленияраствора поваренной соли,Устройство. содержит последовательно расположенные на оптической осиисточник 1 света, оптическую систему2, первую растровую решетку 3, исследуемый объект 4, вторую растровуюрешетку 5, регистратор 6 интенсивнос 2(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЛОСКИХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение, относится к измерительной технике и может быть использовано в океанологии, фнэнке плазмы, аэро- и гидродинамике, Цель изобретения - обеспечение высокой точности при определении градиента показа- теля преломления, Последний определяется по двум независимым измерениям фаз муаровых полос прн разных длинах оптического пути между объектом и расположенной эа ннм по ходу излучения растровой решеткой, 3 нл. ти освещенности света и плоскопараллельную пластину 7 для изменения длины оптического пути между объектом 4 и второй растровой решеткой 5В качестве источника 1 света используется монохроматическнй источник в видимом диапазоне, например ртутная лампа, твердотельный ияи газовый лазер, Оптическая система 2 предназначена для создания параллельного пучка лучей н может включать линзы ипи параболические зеркала, цветовые фильтры и ограничивающую иэображение источника щель, На фнг. 1 оптическая система 2 состоит из рассеивающей и собирающей линз. Растровые решетки 3 и 5 представляют собой прозрачные пластины, на которые нанесены параллельные штрихи, не пролускающие свет, Пространственный пе" риод решеток, шаг решеток и расстоя" нне между объектом 4 и второй растровой решеткой 5 выбирают с учетом553887 4не при наличии пластины 7 (представлена на Фиг.3).По двум независимым измерениямфаз Р, и Р муаровых полос при разных длинах Ь, и Ь оптического пути между объектом 4 и второй растровой решеткой 5 определяет величинусмещения глучей после прохождения 10исследуемого объекта и угол Я отклонения лучей после прохожденияобъекта, Действительно, в приближении геометрической оптики, выполняющемся для муаровых, полос(2) 1 1 Р(Р.-Ф ) 1Яагс 1 д (4)2 Ь -А. )Известно, что длялучей, вошедчувствительности Угол ос поворотатрихов растровой решетки 5 относиельно штрихов растровой решетки 3вокруг оптической оси должен лежатьв пределах -14 с О ( 14 , Это необходимо для возникновения муарового эфФекта. Ориентацию штрихов на растровых решетках 3 и 5 выбирают исходя из того, что измеряемый градиентЙаправлен перпендикулярно биссектрие угла 06 между штрихами решетоки 5,Способ реализован в устройстве.следующим образом .Формируемый источником 1 света иОптической системой 2 пучок паралельных лучей после прохождения чеез растровую решетку 3 иаправляется на исследуемый объект 4, при выоде из которого лучи смещаются отосительно первоначального направлеия вниз на величину г .и отклоняются на угол с , После прохождениякоторой растровой решетки 5 на экра"йе регистратора 6 лучи Формируют муа 1 овые полосы, которые регистрируютбя Фотоаппаратом, Пример муаровойКартины, зарегистрированной при исследовании растра поваренной соли,представлен на Фиг,2, Измерение фазы муаровых полос осуществляют наоснове сравнения с Фазой полос в тойе точке, но в другой момент времени, когда в точке измерений градиентпоказателя преломления %иО,Приисследовании диффузии сравнивают. Фазу в момент измерений с Фазой втой же точке после завершения проЦесса диффузии,После измерения Фаза , муаровых1 рполос изменяют длину оптического пути между объектом 4 и решеткой 5 навеличину Изменение длины оптического пути возможно перенесением объекта 4 или решетки 5 вдоль оптической оси;внесением между объектом 4 и решеткой 5 прозрачной плоскопараллельной пластины с показателем прелопения,отлич Иым от показателя преломления среды между объектом 4 и решеткой 5; раздеЛением пучка после прохождения объекта 4 на два пучка с разной длиной оптического пути направленных на разные растровые решетки и регистраторы и т,п. Затем измеряют Фазу Р муаровых полос, возникающую на экра-15 2((г + Д 1 КЕ) в 2У - (г+ К, АВВЕ),20 где А, 1 цЕ = В - - смещение лучеймежду объектом 4 и второй решеткой 5 в первом измерении;Ь дС = В,2 - смещение лучей между 25 объектом 4 и второй ре"щеткой 5 во второмизмерении;Р - пространственный период параллельных штри хов на растровых решетках,Смысл соотношений (1) и (2) состоит в том, что смещение лучей навеличину г + Вили г, + В экви валентно изменению Фазы растровойрешетки на величину Р, или Р соответственно, При этом под измеряемой Фазой муаровых полос подразумевается лишь та часть Фазы, которая 40 связана с отклонением и смещениемлучей под действием неоднородностей.Таким образом, измерения фазы муаровых полос Р, и Ф позволяют определить г, иЯ:45Р гЯ -Ье ее (аеее )(3) ших в плоский неоднородный объектв направлении, совпадающем с линиями разных значений градиента Ч и показателя преломления,55,и = А + Вг, (5).где г -. величина смещения лучей от первоначального налравления внутри обьекта;+ В 1 /12)/2,г = А 3. (1й 4 г, - Е 3. Чп = ---- ),бой суми вне а смещение Кму смещения л ластиныв,=а+(д редставляетей в пластин= ЬвЫЯ/(п + (Д,-Ь)На основео Формулам,( угол отклонен та Р(У Я) 1 2 7 Ь,-Ь,7отклонения лучей п угол ыполненных изм ) и (4) опред я б и величину е хождения объек смещ 5А и В - величины, связанные с углом , и смещением г, сйедуюшей зависимостью;Е = А 1(1 + В 3. 6); (6) где 3. - толщина исследуемого объекта,Откуда следует, что 12(Е 1 - 2 г, )г(4 г - .1)1В частности, в точке вхождения лучейв объект, где г = О,Чп = (4 г, - Я 1)/1 , (9)Подставив (3) и (4) в (9)получают значение Чп в точке измерений,В общем случае изменение длины оптического пути характеризуется величиной д = Вйдб- расстоянием отисследуемого объекта 4, на которомпри прямолинейном распространениипрошедших через объект 4 лучей возникает такое же смещение лучей от первоначального направления, что и нарастровой решетке 5 во втором измерении. В частности, если изменениедлины оптического пути осуществляютизменением расстояния между объектом4 и решеткой 5, то Ь 8, где 8расстояние между объектом 4 и решеткой 5 во втором измерении. Если из,менение длины оптического пути осу .ществляют внесением плосконараплельной пластины толщиной Ь с показателем преломления п 1, то Д щ ЬсовО(п +4; Ь, так как смещение 3 лучей в пластинерайю 553887 6ния г после прохождения исследуе 1мого объекта:-3Чп = 4,510 смАналогичные измерения можно выпол.1 Онить в любой другой точке з апертуры и по результатам измерений с учетом рефракции определить Чп(г),Градиент Чп показателяпреломле 15ния исследуемого объекта, определенный без учета изменений показателяпреломления вдоль траектории лучей,составляеттп= ел = ф, фт 1(1/г+ ь, ) .= 56 10 смчто дает ошибку около 25 Х,Таким образом, приведенный способпозволяет учесть изменения градиента Ч и показателя преломления вдоль25траектории луча в исследуемом объекте, что обеспечивает высокую точность измерений,формула изобретенияСпособ измерения градиента покаЗО зателя преломления плоских объектов,включающий пропускание через расположенный между двумя растровыми решет. ками объект пучка параллельных монохроматических лучей - и измерениеЗ 5 фазы У, муаровых полос, по величинекоторой определяют градиент показателя преломления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с цейью повышения точности, дополнительно после40 измерения Фазы Ф, муаровых полосизменяют длину оптического пути .между объектом и второй по ходу пучкалучей растровой решеткой на величи.ну д и осуществляют дополнительное45 измерение Фазы 9 муаровых полос,а градиент показателя преломленияЧп определяют по ФормулеЧп = (4 г, - ЕЬ)/Ь,где Р(д Ф -д,ф. ) -- ----- смещ2 1 д- д) ние лучей после прохождения объек1553887 А= В, + Ь - длина оптического путимежду объектом и второй .растровой решеткой при дополнительном измерении Фазы Фд, муаровых полос;Ь, - расстояние между объектоми второй растровой решеткой при первом измерении фазы ф, муаровых полос; Ь - толщина исследуемого объекта; Р - пространственный период параллельных штрихов на растровых решетках,1553887Составитель С,ГолубевРедактор А,Маковская Техред М,Дидых Корректор О, Кравцова Заказ 453 Тираж 508Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101