Поляриметр

(22) Заявлено.200379 (2) 2738871/18-25 с присоединением заявки М -Государственный коиитет СССР но аелаи изобретений и открытий(53) УД( 535.51088,8) Дата опубликование описания 150281(72) Авторы изобретения В. А. Ватюк, В,В. И. Еремеев,В. Васютин, В. В, Гусаров, А. Новиков, А. Н, Смирно и Н, И, Р)аховской оров,арбв Специальное конструкторское б Физико-технического институтаАН ГССР Ордена Ле А, Ф. Ио( 54.) ПОЛЯР ИМЕТР Изобретениестроению, а боборам для изме света, и может для проведенияофизике и при относится к пр бо ее конкретно к пр ения поляризации быть использовано исследований в аст оптических исслед о р н овыщение точ й и круговой пазоне видивых потоков и автоматиации светоизобретениязмерения линейнации во всем дити спектра светой интенсивностзмерений поляриоков. Целности.поляримой чаразличзациявых по иях.Известен прибор для Фотоэлектрического анализа степени поляризации световой волны, измерения круговой поляризации слабых световых потоков.Прибор позволяет производить анализ уровня поляризации световой волны и определять три параметра Стокса 13. 35Недостатками прибора является невысокая точность измерения за счет модуляции светового потока механическим вращающимся анализатором, невоз- . можность измерения всех параметров 20 Стокса, необходимость двух отдельных приборов для измерения поляризации световых потоков слабой и сильной интенсивностей.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является прибор для измерения поляризации световых потоков малой интенсивности содержащий одноканальный измерительный блок, включающий модулятор, ана лиэатор, спектральный прибор и Фотоэлектронный умножитель, блок обработки информации, содержащий дискриминаторы нижнего и верхнего уровней,схем совпадения, Формирователи иодновибраторы, блок регистрации и генератор, в цепи обратной связи кото-рого установлен кварцевый резонатор 2 . Недостатком данного прибора является необходимость подстройки модуля тора прн измерении длины волны иссле дуемого светового потока. Отсуствие автоматической подстройки амплитуды колебаний генератора, управляющего работой модулятора, приводит к умень шению точности измерений, делает зависимой точность измерения от спектрального диапазона исследуемого светового потока и не, обеспечивает автоматизацию всего процесса измерения, 80508055 60б 5 Цель достигается тем, что поляриметр, содержащий измерительный блок, блок обработки информации, генератор, в цепи обратной связи которого установлен. кварцевый резонатор, и цифровой преобразователь, снабжен блоком автоматического управления генератором, выход которого связан с кварцевым резонатором, и блоком имитации поляризованного бйгнала, содержащим последовательно установленные источник света, оптическую систему Формирования светового потока с круговой поляризацией, выдвижной поляроид, сменный светофильтр, модулятор, при этом модуляторы измерительного блока и блока имитации жестко прикреплены к кварцевому резонатору, анализатор и Фотонриемник, выход которого соеди нен с блоком автсматического Управления генератором, выполненным в виде последовательно установленных широкополосного усилителя, фильтров третьей и четвертой гармоники, дискриминатора сигнала ошибки и усилителя постоянного тока. выход которого соединен с генератором, вход дискРиминатора сигнала ошибки подключен к одному иэ фильтров, выход широкополосного усилителя соединен с Формирователем стробов блока обработки информации, а анализатор и два фотоприемника измерительного блока установлены на одном основании с возможностью поворота.На Фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого поляриметра; на Фиг. 2 - его структурная схема.Лоляриметр содержит измерительный блок, через входную диафрагму 1 которого проходит световой поток от источника 2 исследуемого света цветной светофильтр 3, акустооптический модулятор 4 и установленные наодном основании с возможностью поэорота вокруг оси пучка анализатор 5,нейтральный светофильтр 6, линзы 7и 8 зуабри и фотоэлектронные умножи -тели (АЭУ) 9 и 10,Для наведения на исследуемый источник 2 света поляриметр имеет окуляр 11 с выдвижной поворотной призмой 12, ппя проверки прибора служитвыдвижная калибровочная призма 13. Блок имитации поляризованного сигнала содержит источник 14 света, отражатель 15, конденсатор 16, поляроид 17, ромб 18 Френеля, выдвижной пленочный поляроид 19, цветной светоФильтр 20, акустооптический модулятор 21, поляроид-анализатор 22, линзу 23 зуабри и АЗУ 24. Акустооптические модуляторы 4 и 21 жестко прикреплены к торцам кварцевого резонатора 25.Блок обработки информации содержит Формирователь 26 стробов и два идентичных канала, состоящих из импульсного усилителя 27 (28), дискри минатора 29 (30) амплитуды и коммутатора 31 (32) сигналов.Блок цифрового преобразователясодержит устройство 33 управлениясчетом, счетчики 34 - 37 импульсов,и цифровые индикаторы 38 - 41 и имеет выходы на ЭБН.Блок автоматического управлениясодержит широкополосный усилитель42 с АРУ, фильтры третьей 43 и четвертой 44 гармоник частоты модулято 10 ра, дискриминатор 45 сигнала ошибкии усилитель 4 б постоянного тока,Блок генератора состоит из управляющего элемента 47, генератора48 синусоидальных колебаний и квар 15 цевого резонатора 25,Поляриметр позволяет производитьизмерения круговой и линейной поляризации света и определять все четыре параметра Гтокса световых потоков20 различной, в том числе, меняющейсяпо времени интенсивности.Поляриметр работает следующим образом.При помощи выдвижного окуляра 11с поворотной призмой 12 поляриметрнаводится на исследуемый источник2 света, исследуемый световой потокот которого, пройдя диафрагму 1 ицветной светофильтр 3, попадает наакустический модулятор 4. ЦветнойЗо светофильтр 3 выделяет исследуемуюспектральную область источника света.Акустооптический модулятор 4, выполненный из блока изотропного плавле"ного кварца, механически соединен с35 кварцевым резднатором 25. Кварцевыйрезонатор возбуждается электрическимполем генератора 48 синусоидальныхколебаний. Механические колебаниякварцевого резонатора 25 передаются40 акустооптическому модулятору 4 и возбуждают э нем стоячую ультразвуковуюволну, создающую упругое двулучепреломление. Направление упругих деформаций в пластине акустооптического45 модулятора 4 перпендикулярно направлению распространения светового пучка, Размеры пластины и частота колебаний акустооптического модулятораподбираются так, чтобы в ней устано-,вилась одна стоячая полуволна (длина5 О пластиными=чз/21, где м - скоростьзвука в плавленом кварце, т - частота модуляции). Частота колебанийакустооптического модулятора 4 .определяется размерами пластины и лежит в пределах 30 - 100 кГц.Акустооптический модулятор 4 осуществляет фаэовую модуляцию компоненты вектора Е светового потока, направленной вдоль длинной оси пластины акустооптического модулятора. Линейный анализатор 5 разделяет световой поток на два пучка с взаимно ортогональными компонентами, направленными под углом 45 относительно осей модулятора при измерении круго"вой поляризации и 22,5 при измерении линейной поляризации, и преобразует фазовую модуляцию светового потока в амплитудную. Изменение угла производится поворотом основания,Разделенные световые пучки проходят через нейтральный светофильтр 6, который ослабляет световой поток средней и большой интенсивности, и фокусируются линзами 7 и 8 на фото- катодах 9 и 10 ФЭУ, работающих в режиме счета фотонов. Блок имитации поляризованного сигнала производит формирование светового потока по виду исследуемой поляризации и спектральному диапазону, Отражатель 15 и конденсор 16 формируют параксиаль ный световой поток от источника 14 света, который линейно поляризуется поляроидом 17, а пройдя ромб Френеля, приобретает круговую поляризацию, для измерения линейной поляризации 2 О выдвижной пленочный поляроид 19 устанавливается на пути светового потока и производит преобразование круговой поляризации светового потока в линейную.25Далее световой поток проходит цветной светофильтр 20, идентичный светофильтру 3 и акустооптический модулятор 21, идентичный акустооптическому модулятору 4. Анализатор 22 преобразует Фазовую модуляцию све- ЗО тового потока в амплитудную. Линза Фабри 23 Фокусирует имитированный световой поток на Фотокатоде 24 ФЭУ, который работает в аналоговом режиме. Выходной сигнал с дЭУ 24 поступает 35 на вход широкополосного усилителя 42 с АУ блока автоматического управления. Этот блок производит автоматическое управление работой акустооптических модуляторов и Формировате О ля стробов блока обработки инФормации. Акустооптические модуляторы 4 и 21 работают в режиме перемодуляции на 20-30.Выходной сигнал с ФЭУ 24 при измерении круговой поляризации содержитнечетные гармоники основной частотыакустооптического модулятора 21, апри измерении линейной поляризациисодержит четные гармоники. Соотношения между первой и третьей гармониками при измерении круговой поляризации, а при измерении линейной поляризации между второй и четвертой гармониками, соответствуют определеннойамплитуде колебаний акустооптическо-.го модулятора 21. С выхода широкополосного усилителя 42 усиленный сигнал,содержащий нечетные или четные гар"моники, поступает на Формирователь25 стробов блока обработки инФорма- ЬО ции и Фильтры третьей 43 и четвертой44 гармоник.При измерении параметров круговой поляризации используется. Фильтр третьей гармоники, при измерении параметров линейной голяризации фильтр четвертой гармоники. Гигнал с выхода одного иэ Фильтров поступает на дискриминатор 45. Дискриминатор преобразует выделенный Фильтром сигнал в сигнал ошибки, ;оторый усиливается усилителем постоянного тока 46 и подается на управляющий элемент 47 блока генератора. Управляющий элемент 47 преобразует сигнал ошибки в управляющее напряжение,которое задает амплитуду синусоидальных колебаний генератора 48, в цепи обратной связи которого установлен кварцевый резонатор 25. Изменение амплитуды синусоидальных колебаний генератора 48 вызывает иэменение амплитуды упругих колебаний акустооп ических модуляторов 4 и 21.Импульсы с выхода ФЭУ 9 и 10 измерительного блока поступают на усилители 27 и 28 блока обработки информации. Усилители 27 и 28 производят линейное усиление импульсов, а дискриминаторы 29 и 30 амплитуд нормируют импульсы по амплитуде. Г выходов дискриминаторов 29 и 30 амплитуд импульсы поступают на коммутаторы 31 и 32 сигналов. Работойкоммутаторов управляет Формирователь 26 стробов, на вход которого поступает сигнал с выхода широкополосного усилителя 42, Формирователь 26 стробов Формирует стробы из сигнала основной гармоники, первой при измерении круговой поляризации и второй при измерении линейной г;оляриэации, фаза которых жестко привязана к фазе колебаний акустооптического модулятора 21. С выхода коммутаторов 31 и 32 сигналы поступают на счетчики34 - 37 импульсов, которые производятсчет импульсов.в интервалы времени, определяемые стробами, вырабатываемыми формирователем 26 стробов. Полное время счета кратно целому числу периодов модуляции акустооптическогомодулятора 21. Суммарное время счетазадается устройством 33 управлениясчетом. Результаты счета индицируютсяна цифровых индикаторах 38 - 44, а также передаются на ЭВМ для дальнейшей обработки и хранения.Для проверки комплексного функционирования всех блоков прибора предусмотрено наличие выдвижной калибровочной призмы 13, Призма преобразует падающий световой поток в 100 линейно-поляризованный. Результаты измерений индицируются на цифровых индикаторах 38 - 41 и позволяют оценить качество работы прибора в целом. Для исследования поляризации светового потока в различных спект- ральных диапазонах световой поток пропускается через соответствующиецветные светофильтры, Для уменьшения ошибок измерения поляризации в различных областях спектра в поляримет-, 805080ре производится автоматическое изме". нение амплитуды колебаний акустооп,тического модулятора 4.При смене цветных светофильтров 6 и 22, в момент времени , происходит изменение амплитуды третьей гармоники в выходном сигнале ФЭУ 24, которая выделяется фильтром 43 и приводит к изменению уровня выходного сигнала дискриминатора 45. Изменение напряжения на выходе дискриминатора вызывает изменение амплитуды колебаний генератора 48 синусоидальных напряжений, что приводит к изменению амплитуды упругих колебаний акустооптических модуляторов 4 и 21 таким образом, что Фазовый сдвиг мехду ортогональными компонентами вектора 6 светового потока остается неизменным.Предлагаемое изобретение повидает точность измерения степени поляризации световых потоков слабой, средней и сильной интенсивности независимо от их спектрального диапазона, в том числе интенсивности,.меняюшейся во времени, определяет все параметры Стокса и автоматизирует процесс измеренийФормула изобретенияПоляриметр, содержаций измерительный блок со сменным светофильтром модулятором, анализатором и Фотоприемниками, блок обработки информации. с формирователем стробов и двумя идентичными каналами с последовательно установленными импульсным усилителем, дискриминатором амплитуды и коммутатором сигналов, генератор, в цепи обратной связи которого установлен кварцевый резонатор, и циФровой преобразователь, вход которого соединенс выходом коммутатора, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения поляризациисветовых потоков, он снабжен блокомавтоматического управления генерато-ром, выход которого связан с,кварцевым резонатором, и блоком имитацииполяризованного сигнала, содерхашимпоследовательно установленные источник света, оптическую систему форми" 10 рования светового потока с круговойполяризацией, выдвижной поляроид,сменный светофильтр, модулятор, приэтом модуляторы измерительного блокаи блока имитации жестко прикреплены 15 к кварцевому резонатору, анализатори фотоприемник, выход которого соединен с блоком автоматического управления генератором, выполненнымв виде последовательно установленных щ широкополосного усилителя, фильтровтретьей и четвертой гармоник, дискриминатора сигнала ошибки и усилителяпостоянного тока, выход которого соединен с генератором, вход дискриминатора сигнала ошибки подключен кодному из Фильтров выход широкополосного усилителя соединен с Формирователем стробов блока обработки информации, а анализатор и два Фотоприемника измерительного блока уста" 30 новлены на одном основании с воэмохностью поворота. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент ГДР Р 120294,кл. 6 01 И 21/40, 1976,2, Балацюк А.П. и др. Измерениеполяризации световых потоков малойинтенсивности в режиме счета Фотонов40 Приборы и техника эксперта, 1976,Р 1, с. 171-173,ВНИИПИ или каз 10866/61 Тираж 91 П "Патент", г. Ужгород Подписно Проектная