Способ определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 601 К 21/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ой мехаМ. В. Преегп) ипат., ч. 18,РОФИЛЯ ОПТИЧЕмерительовано для СпособИзобретение отн ной технике и может б определения профиля ления оптических.не использования прин рии пониженной чувс ствляется следующим обсится к измерительГть использовано для показателя преломднородностей путем ипов интерферометвительности. ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский институт точники и оптики(56) О, Магсцзе, ВеХгассче пс 3 ехтоп Ьу йе 1 осцвп 9 тейоб Арр.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ППОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ(57) Изобретение относится к изной технике и может быть использ Цель изобретения - определение профиля показателя преломления оптических неоднородностей с большими геометрическими размерами и со значительными градиентами показателя преломления, диапазон изменения оптической длины пути зондирующих лучей внутри которых намного превышает длину волны излучения, а траектория зондирующих лучей внутри которых отличается от прямолинейной.На чертеже представлена схема устройства для реализации способа. определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей. Цель изобретения - определение профиля показателя преломления оптических неоднородностей с большими геометрическими размерами и со значительными градиентами показателя преломления, Нечувствительность схемы к искажениям, вносимым большими геометрическими размерами и значительными градиентами показателя преломления исследуемьх обьектов, достигается эа счет одновременного измерения оптиче" кой разности хода способом интерферометрии г 1 онижен ной чувс гвительности и коорд гнат точки входа луча в оптическую неоднородность лучевым способом, на основании которых производится расчет профиля показателя преломления, 1 ил,разом.Пои помощи светсделителя излучение, идущее от монохроматического источника света, разделяется на два пучка, первый из которых направляется на исследуемый обьект, Разность оптического пути между пучком света, прошедшим через обьект исследования, и другим пучком непрерывно изменяется в интервале, превышающем по своей величине диапазон изменения оптической длины пути лучей первого пучка в исследуемом обьекте. Два пучка совмещают при помощи второго светоделителя и формиоуют интерференционную картину, которую регистрируют последовательно во множестве точек. При изменении разности оптического пути между первым и вторым пучком в момент време1695184 5 10 15 а = агстц 20 25 Э =л-о(1- )1сов а30 50 ни, когда ее значение станет равным оптической разности хода, которую вносит исследуемый объект в зондирующий луч, падающий а точку регистрации интерференционной картины, на входе фотоприемника, расположенного в точке регистрации, появляются полосы с максимальным контрастом, поскольку разность хода интерферирующих в точке регистрации лучей равна нулю. Зафиксировав момент появления полос с макслмальным контрастом, определяют разность оптических путей, которую вносит исследуемый объект для данной точки регистрации, Перекрыв второй пучок непрозрачной диафрагмой, постепенно перекрываютпервый пучок покедова гельно в двух взаимно ортогональных направлениях равномерно перемещающимися диафрагмами, По мере перекрытия пучка света а плоскости расположеиля фотоприемника происходит постепенная замена оптического поля, сформированного пучком света, прошедшим через объект исследования на тень,о гбрасыааемую перемещающейся диафрагмой, Зафиксировав момент резкого скачка интенсивности света на входе фотоприемника, определяют координаты точки входа луча, который, пройдя через исследуемый обьект, падает на данный фотоприемник,Зная координаты точки входа луча а исследуемый объект, определяют угол его выходапо формуле а=агс Угх +У(1) где Х и У, - координаты фотоприемника а плоскостл регистрации интерференционной картины;Ч и О - координаты точки входа луча оптическую неоднородность;О - расстояние между исследуемым объектом и плоскостью регистрации интерференционной картины.Если а исследуемом обьекте существует направление, вдоль которого градиент показателя преломления можно принять равным нулю, то траектории зондирующих лучей лежат а плоскости, перпендикулярной этому направлению, В этом случае, разместив объект исследования таким образом, чтобы падающий пучок света был перпендикулярен направлению нулевого градиента показателя преломления; и перекрыв 55второй пучок света непрозрачной диафрагмой, постепенно перекрывают первый пучок диафрагмой, равномерно перемещающейся в направлении, перпендикулярном направлению нулевого градиента показателя преломления. Зафиксировав момент резкого скачка интенсивности света на входе фотоприемника, определяют координату точки входа луча, который, пройдя через исследуемый объект, падает на данный фото- приемник. В этом случае угол выхода луча определяется по формуле. где х - координата фотоприемника в плоскости регистрации интенференционной картины;Ч - координата точки входа луча в оптическую неоднородность;В - расстояние между исследуемым объектом и плоскостью регистрации,Определив разность оптических путей интерферирующих пучков и угол выхода из исследуемой оптической неоднородности первого пучка света, определяют оптическую длину пути зондирующего луча в исследуемом объекте по формуле где Л - разность оптических путей интерферирующих лучей; .О - расстояние между исследуемымобьектом и плоскостью регистрации интерференционной картины;а - угол выхода зондирующего луча изисследуемого объекта,Зная оптическую длину пути пучка сданными координатами точки входа в исследуемый обьект, определяют оптическуюдлину пути лучей,. имеющих координатыточки входа, путем измерения разностиоптических путей интерферирующий лучейи координат точек входа зондирующих лучей дяя других точек интерференционнойкартины. Определив зависимость оптической длины пути лучей от координат точек их входа в исследуемую оптическуюнеоднородностьс помощью интегральных преобразований производят расчетпрофиля показателя преломления с учетомотклонения лучей от прямолинейной траектории.Устройство для определения профиляпоказателя преломления оптических нео- .днородностей содержит последовательнорасположенные источник 1 монохроматического излучения, оптическую систему 2,формирующую параллельный пучок света,светоделительную пластину 3;устройство 4модуляции оптической разности хода, блок5 диафрагм, содержащий систему диафГфотоприемного устройства 9 на вход схемы 5510 обработки си;нала поступает синусоидальнь,й сигнал с переменной амплитудой, При достижен;и амплитуды сигнала максимальной величины схема 10 обработки сигнала фиксирует информацию, поступаюрагм, первая из которых установлена с возможностью въода-вывода из хода одного из пучков, а две другие установлены с возможностью равномерного перемещения в двух взаимнб ортогональных направлениях в ходе пучка,.падающего на контролируемый объект, кювету 6 с иммерсионной жидко-. стью и объектом 7 исследования, вторую светоделительную пластину 8 и фотоприемное устройство 9, соединенные со схемой 10обработки сигнала, информационные входы которого соединены с выходами устройства 4 модуляции оптической разности хода и блока 5 длафрагм.Устройство работает следуюш 1 лм образом.Светоделительная пластина 3 разделяет монохроматический гучок света, идущий от источника 1 излучения через оптическую систему 2, которая формирует параллельный пучок света необходимой ширины, на два параллельных пучка и направляет их через устройство 4 модуляции оптической разности хода и блок 5 диафрагм на кювету 6 таким образом, что только один из пучков света проходит через объект 7 исследования, Вторая светоделительная пластина 8 совмещает пучки света и направляет их на фотоприемное устройство 9, с помощью; которого регистрируетсяобразующаяся интерференционная картина, Электрический сигнал, поступающий с фотоприемно о устройства, обрабатывается схемой 10 обработки сигнала, На выходе устройства 4 модуляции оптической разности хода постоянно присутствует информация о величине оптической разностихода между сва 1 овыми пучками, вносимой зтим устройством в данный момент времени, а на выходе устройства 5 перемещающихся диафрагм постоянно присутствуетинфоомация о текущей координате пере.мещающихся в двувзаимно ортогональных направлениях диафрагмах, т.е. схема 10 обработки сигнала постоянно располагает информацией о текущей разности оптического пути между пучками света и о те щей координате перемещающихся диафрагм. При работе устоойство 4 модуляции оптической разности хода плавно лзменяет разность опти геских путей вплечах интерфероме; ра, В момент появления контрасгных полос в точке регистрации интерференционного поля. с выхода 10203050 щую с выхода устройства 4 модуляции оптической разности хода, Эта информация характеризует оптическую разность хода, которую вносит исследуемый объект 7 в зондирующий луч, прошедший через него и попавший в точку регистрации, так как в момент максимального контраста интерференционных полос разность оптических путей интерферирующих лучей равняется нулю, После определения оптической разности хода устройство 5 перемещающихся диафрагм, перекрыв непрозрачной диафрагмой пучок света, идущий мимо объекта исследования, последовательно перекрывает в двух взаимноортогональных направлениях равномерно перемещающимися диафрагмами пучок света, падающий на объект 7 исследования. В момент резкого скачка интенсивности света на входе фотоприемного устройства 9 на вход схемы 10 обработки сигнала поступает сигнал ступенчатой формы и схема обработки сигнала зафиксирует информацию, поступающую с выхода блока 5 диафрагм, Эта информация характеризует координаты точки входа луча света в исследуемый объект. Зная координаты точки входа луча в исследуемый объект и координаты точки поля интерференции, в которой фотоприемное устройство регистрировало интерференцио.ую картину, рассчитывают угол выхода луча по формуле (1), э затем определяют оптичаскуго длину пути луча в исследуемом объекте по формуле (3), Если в исследуемом обьекте поисутствуег направление с нулевым градиентом показателя поеломления, устройство перемещающихся диафрагм перекрывает пучок света, падающий на объект исследования только в одном направлении, перпендикулярном напразлению с нулевым градиентом показателя преломления, В этом случае угол выхода луча, прошедшего ч:-.рез объект исследования. рассчитывается по формуле (2),Определив оптическую длину пути луча в исследуемом объекте и координаты точки входа луча ь объект исследования, определяют оптическую длину пути лучей, имеющих другие координаты точки входа в объект исследования, путем регистрации интерфереционной картины и оптического поля, формируемого перемещающимися диафрагмами, во множестве произвольно выбранных точек, Определив зависимость огггической длины пути лучей в исследуемом сбъектс от координат точек их входа в объект исследования, с помошью интегральных преобразований определяют профиль показател преломления исследуемой оптической неоднородности.В качестве примера конкретного выголнения предлагаемое устройство для определения профиля показателя преломления Оптических неоднородностей, обладающих направлением с нулевым градиентом 5 показателя преломления, содержит полуОроводниковый лазер (длина когерентности 80 мкм), коллиматор, формирующий гараллельный пучок света (ширина пучка О мм), светоделительную пластину (толщи а 40 мм), амплитудно-фазовый модулятор, выполняющий функции устройства модуляЧии оптической разницы хода и блока диаф 1 агм и состоящий из последовательно расположенных по цилиндрической поверхости на расстоянии, равном ширине светоого пучка, пар плоско-параллельных теклянных пластин равной толщины (толина пластин 8 мм, угол между пластинами О) и светонепроницаемых диафрагм, ши ина которых равна ширине светового пучка, Который приводится во вращение электродвигателем (частота вращения 5 +0,001 Гц) и соединен с датчиком угол - код, информация с которого поступает на устройство 25 обработки сигнала, обрабатывающее сиг-. нал, поступающий с фотодиодной линейки,. и состоящее из блока определения контраста интерференционной картины и блока определения скачка интенсивности 30 (детектор, дифференциатор, компаратор), Сигналы с которых подаются на запоминающее устройство, фиксирующее информацию с датчика угол - код. Это устройство Позволяет определить профиль показателя 35 преломления оптических неоднородностей, Обладающих направлением с нулевым градиентом показателя преломления, дигпг. зон изменения оптической длины пути лучей внутри которых не превышает 500 мкм 46 и геометрический размер которых в направлении, перпендикулярном направлению с нулевым градиентом, не превышает20 мм. Формула изобретения Способ определения профиля показателя преломления оптических неоднородностей, заключающийся в том, что формируют монохроматический пучок излучения, разделяют его на два пучка, направляют первый из них на объект исследования, совмещают пучок света, прошедший через объект, с вторым пучком, регистрируют полученную интерференционную картину, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых оптических неоднородностей в сторону больших геометрических размеров и градиентов показателя преломления, равномерно изменяют разность оптических путей в разделенных пучках последовательно,для множества точек плоскости регистрации, определяют величину разности оптических путей лучей в пучках, фиксируя момент максимального контраста интерференционной картины в выбранных точках плоскости регистрации, полностью перекрыв второй пучок света, последовательно в двух взаимно ортогональных направлениях равномерно перекрывают первый пучок света, падающий на объект исследования, определяют координаты точек входа лучей первого пучка в объект исследования, фиксируя момент исчезновения перекрываемого пучка в тех же точках плоскости регистрации, по найденным значениям разности оптических путей и координат точек входа определяют оптическую длину пути лучей в исследуемом объекте, по которой определяют профиль показателя преломления оптической неоднородности,,10 сиз Заказ 4157, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5