Способ измерения двулучепреломления

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 15.09.82. Бюллетень34Дата опубликования описания 25.09.82 пф делам нзебретений и аткрмтий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИ ритичен змеряюльности исследоов двуных реных на способ ро тически р прозобраз- меняетИзобретение относится к исследованию оптических свойств материалов, в частности для исследования переходных процессов двупреломления в оптически неоднородных материалах под воздействием импульсного электрического поля в наносекундном интервале времени.Известен способ измерения двулучепреломления, использующий скоростные фотоприемники и осциллографы, в том числе и стробоскопические для измерения 1 о двупреломления в наносекундном интервале времени 1. Однако этот способ измерения к нестабильнЬсти интенсивности и щего светового потока и чувствит фотоприемника. Кроме того, при ванин сложных переходных процес преломления для получения конеч зультатов требуется обработка да ЭВМ. Поляризационно-оптический неприменим при исследовании о неоднородных материалов, наприме рачной сегнетокера мики, а также цов, светопропускаемость которых ся в зависимости от внешних факторов: электрического поля, температуры.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения двулучепреломления, наведенного внешним воздействием в образце, помещенном в поляризационно-антенную систему, путем автоматической компенсации измеряемого двулучепреломления с помощью дополнительного двулучепреломляющего элемента, управляемого, напряжением, полученным при синхродетектировании фотоэлектрического отклика на рассогласование фазы обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе поляризационно-оптической системы и последующей регистрации значения двулучепреломления 2.Недостатком данного способа является ограниченное временное разрешение измерений.Цель изобретения - увеличение временного разрешения измерений.Цель достигается за счет того, что согласно способу измерения двулучепреломления, наведенного внешним воздействием в образце, помещенном в поляризационно50 55 3оптическую систему, путем автоматической компенсации измеряемого двулучепреломления с помощью дополнительного двулучепреломляющего элемента, управляемого напряжением, полученным при синхродетектировании фотоэлектрического отклика на рассогласование фазы обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе поляризационно-оптической системы, и последующей регистрации значения двулучепреломления, напряжение для управления дополнительным двулучепреломляющим элементом перед синхродетектированием сканируют стробоскопическим устройством, при этом напряжение рассогласования вводят с частотой, меньшей частоты внешнего воздействия,На фиг, 1 изображны временные зависимости сдвига фазы между обыкновенным и необыкновенным лучами поляризационнооптической системы, вызванного двупреломлением образца - Г, (1) (а), временные зависимости стробимпульсов (б), суммарного сдвига фазы Г (1) + Гз (1), вызванного двулучепреломлением образца и рассогласованием (в), фотоэлектрического отклика Ц (кривая 1) и напряжения 13 на выходе стробирующего устройства (например, осциллографа) при нескомпенсированном (г и скомпенск рова ином (д) двупреломлении образца: на фиг. 2 - структурная схема устройства, с помощью которого измеряют изменение двупреломления под воздействием повторяющихся электрических импульсов малой длительности; на фиг. 3 - кривая, полученная при записи переходного процесса двулучепреломления в электро- оптической сегнетокерамике ЦТСЛ 10/65/35 с помощью указанного устройства.Под воздействием электрических импульсов изменяется двулучепреломление исследуемого образца Лп(1), что вызывает сдвиг фазы между обыкновенным и необыкновенными лучами поляризационно-оптической систеты Г (1) (фиг. 1 а). Интенсивность проходящего через поляризованно-оптическую систему света 1(1), а вместе с тем и фотоэлектрический отклик на выходе поляризационно-оптической системы при направлении главных осей двулучепреломляющих элементов, помещенных между скрещенными поляризатором и анализатором 45 по отношению к направлениям осей поляризатора и анализатора, изменяется согласно выражению 11 у) = К 1) - 11 51 п 2 Гдь) где Э - интенсивность падающего на образец света;К - коэффициент пропорциональности.IЕсли помимо образца в поляризационнооптическую систему помещены двупреломляющий элемент для компенсации двупре 105 2025 30 35 40 45 34ломления образца, вносящий сдвиг фазы Гг, и элемент, вносящий рассогласование фазы по закону Гз = оз 1 пг/1, фотоэлектрический отклик по времени изменяется согласно выражениюБу= КОБп- Г) 1 - Г 2Гу БпЫ 1)12Стробирующее устройство измеряет величину фотоэлектрического отклика в момент стробимпульса 1=1 тоб и поддерживает данный уровень 1.1 ъна выходе стробирующего устройства до следующего строб- импульса:в х= п 2 (Г/ - Г + Г з 1 па)= ьстроб(фиг. 1 г, кривая ж).Если частота повторения импульсов воздействия гораздо больше частоты напряжения рассогласования, напряжение на выходе можно считать квазинепрерывным.Для упрощения принимается, что Г малая величина по сравнению с Г и Г, В случае, если 1 = акопреременная составляющая напряжения на выходе стробирующего устройства имеет удвоенную частоту напряжения рассогласования и управляющее автокомпенсацней напряжение, полученное после синхродетектирования, равно О, при условии, что опорное напряжение синхродетектирования имеет частоту, равную частоте напряжения рассогласования. В случае, если Г 1/ ф Г, то на выходе стробиру 1 =стробющего устройства появляется переменная составляющая с частотой напряжения рассогласования ь (фиг. 1 г, кривая ж).В зависимости от того, больше или меньше величина компенсирующего сдвига фазы Г, чем сдвиг фазы, вносимый образцом в дайной точке стробирования Г,/ б , наф= тооб пряжение на выходе стробирующего устройства будет или в фазе, или в противофазе с напряжением рассогласования. Синхродетектирование дает соответственно напряжение положительной или отрицательной полярности, используемой для управления компенсацией двупреломления.Предложенный способ можно реализовать при помощи устройства, измеряющего быстрые изменения двупреломления образца под воздействием импульсного электрического поля малой длительности. Устройство, блок-схема которого показана на фиг. 2, включает поляризационно-оптическую систему, состоящую из источника 1 света лазера ЛГ - 52, поляризатора 2, модулятора 3 света МЛ - 3, вносящего сигнал рассогласования, компенсационного двупреломляющего элемента - кварцевого оптического клина 4, образца 5, анализатора 6;958923 10 15 Формула изобретения 55 и электрический тракт, состоящий из фотоэлектрического приемника света - фото- диода ФД - 9 или фотоэлектронного умножителя 7 18 - ЭЛУ; стробирующего устройства 8 - стробоскопического осциллографа С 1 - 39, селективного усилителя 9 В 6 - 4,синхродетектора 10 СД 2, генетатора 11 синусоидальных колебаний ГЗ - 33, сервосистемы 12, двухкоординатного самописца 13 и генератора электрических импульсов наносекундной длительности 140 си поляризатора 2 и анализатора 6 срещены; направления оптических осей модулятора света 3, оптического клина 4 и направление электрического поля в образце 5 направлены под углом 45 по отношению осей поляризатора 2 и анализатора 6.Пример. Для определения переходного процесса двупреломления в сегнетокерамике ЦТСЛ 10/65/35 берут образец размерами 1,3 Х 1,3 Х 1,3 мм, на противоположных гранях которого нанесены электроды, и по 20 мещают в поляризационно-оптическую систему. Кварцевый оптический клин устанавливают в положение, близкой к минимуму проходящего через поляризационно-оптическую систему света. После этого на образец подают импульсное электрическое поле с 25 амплитудой импульсов 800 В, длительностью 2 мкс, фронтом нарастания 10 нс, частотой повторения 1000 Гц. На модулятор подают синусоидальное напряжение частотой 90 Гц, что на порядок меньше частоты повторения импульсов. На ту же частоту з 0 настраивают селективный вольтамперметр. Устанавливают фазу синхродетектора по максимуму показаний. Точку стробирования стробоскопического осциллографа С 1 - 39 устанавливают на временной оси перед им-, пульсом электрического поля. Устанавливают диапазон развертки стробоскопического осциллографа 100 нс/см. Включают сервосистему автоматической компенсации, которая устанавливает оптический клин в положение, соответствующее нулевой раз нице фазы обыкновенного и необыкновенного лучей поляризационно-оптической системы. Сервосистема вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное перемещению оптического клина, а также сдвигу фазы обыкновенного и необыкновенного 45 лучей Г(1), которое подается на У вход двухкоординатного самописца. Калибровку производят с помощью автоматической компенсации, смещая оптический клин на ближестоящий минимум проходящего через 50 поляризационно-оптическую систему света, т. е. находят на оси У самописца, значение,соответствующее сдвигу фазы Г = 2 Х(фиг. 3) Включением развертки осциллографа производят сканирование стробоскопическим осциллографом временной оси в интервале исследования переходного процесса, а также подают на Х вход двухкоординатного самописца пилообразное напряжение, пропорциональное значению сканирования, В каждой точке стробирования система автоматической компенсации реализует перемещение оптического клина до значения, соответствующего компенсации сдвига фазы, вызванного двупреломлением образца Ьп в данной точке стробирования. Таким образом на двухкоординатном самописце регистрируют зависимость Г(1) / фиг, 3). Пересчет сдвига фазы на двупреломление происходит согласно выражению гклпВЕгде г. - длина образцов по направлениюраспространения луча света;Л - длина волны света.Подставляя значения 1 = 1,3 мм и /1.0,633 мкм, получаем, что калибровочнаяметка на У оси Г = 2 К соответствуетзначению двупреломления Ь и = 5 10 4,Использование предлагаемого способа измерения наведенного внешним воздействием двупреломления обеспечивает по сравнению с существующими - увеличение временного разрешения измерения,Увеличение временного разрешения измерения зависит от частотной полосы стробоскопического осциллографа и фотоэлектронного приемника. Используя, например, стробоскопический осциллограф С 1 - 39 и фотоэлектронный умножитель 18 - ЭЛУ, временное разрешение измерений составляет 10 - 10что по крайней мере на 3 порядка лучше, чем в прототипе, Такое временное разрешение измерения позволяет измерять наведенное внешним воздействием двупреломление в оптически неоднородных материалах, что невозможно при использовании известного компенсационного способа. В случае прототипа достижение временного разрешения 10 - 10 8 требует частоту модуляции света и синхродетективирования до 1 - 10 ГГц. В предложенном же способе данная частота не превышает 1 кГц. Способ измерения двулучепреломления, наведенного внешним воздействием в образце, помещенном в поляризационно-оптическую систему, путем автоматической ком. пенсации измеряемого двулучепреломления с помощью дополнительного двулучпреломляющего элемента, управляемого напряжением, полученным при. синхродедектировании фотоэлектрического отклика на рассоглсование фазы обыкновенного и необыкновенного лучей на выходе поляризационно-оптической системы, и последующей регистрации значения двулучепреломления, отличающийся тем, что, с целью увеличениявременного разрешения измерений, напряжение для управления дополнительным двулучепреломляющим элементом перед синхродетектированием сканируют стробоскопиеским устройством, при этом напряжение рассогласования вводят с частотой, меньшей частоты внешнего воздействия.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Гильварг А, Б., Колесов Г. В, Использование электрооптического эффекта в кристаллах для быстродействующего затвора.ПТЭ, 1961,3, с, 123 - 126,52. Мишерон ф., Висмут Г Способ измерений быстрых изменений двойного луче- преломления, Приборы для научных исследований, 1972,2, с, 115 - 117.р М. Дылын75/58ВНИИПпо113035,филиал ПП Составитель В. КотеневТехредА. Войкас КТираж 887 ПИ Государственного комитета Сделам изобретений и открытийосква, Ж - 35, Раушская наб.,Патент, г. Ужгород, ул. Про рректор Ю. Макаренко дпнсноеСР