Способ измерения коэффициента отражения зеркал

1 11 2209.7Изобретение относится к технике измерений на субмиллиметровых волнах и предназначено для измерений коэф-,. фициентов отражЕния высокоотражающих зеркал,5Известен способ измерения коэффициента отражения зеркала.Способ заключается в измерении потока излучения, прошедшего через многоходовую кювету (типа кюветы 10 Уайта) без исследуемого зеркала и ч.через ту же кювету (с измененным ходом лучей) с зеркалом, на котором поток излучения испытывает многократные отражения 1 3.15Недостатком этого способа является то, что исследуемые зеркала даже на коротких субмиллиметровых волнах ( 340 мкм) должны иметь большие размеры. Кроме того, он щ дает возможность определять лишь усредненный по различным углам паде" ния коэффициент отражения зеркала,Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ измерения коэффициента отражения зеркал, заключающийся в том, что модулируют по амплитуде поток электромагнитного излучения путем введения в него с заданной частотой отражательного элемента 1 2 3., При этом поток электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона модулируют по амплитуде за счет поочередного введения в него с заданной частотой исследуемого и эта- . лонного образцов и принимают два амплитудно-модулированных потока излучения: прошедший через образцы и отраженный от них. Иэ принятого40 амплитудно-модулированного потока излучения, прошедшего через образцы, выделяют переменную составляющую интенсивности, пропорциональную разности коэффициентов пропускания эталонного и исследуемого образцов. Из принятого амплитудно-модулированного потока излучения, отраженного от образцов, выделяют переменную составляющую,интенсивности, пуопорциональ 50 ную разности коэффициентов отражения эталонного и исследуемого об)азцов. Недостатком способа является неудовлетворительная точность измерений высоких, близких к единице,зна чений коэффициентов отражения зеркал. Это обусловлено тем, что отсутствуют высокоотражающие эталоны с точно измеренным в субмиллиметровом диапазоне коэффиентом отражения.Целью изобретения является повыше- ние точности, измерения коэффициентов отражения, близких к единице, в субмиллиметровом диапазоне.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента отражения зеркал, заключающемся в том, что модулируют по амплитуде поток электромагнитного излучения путем введения в него с заданной частотой отражательного элемента, регистрируют отраженное излучение, поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением в него первого диэлектричес" кого образца толщиной 3, находящегося в оптическом контакте с зеркалом и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала 3, затем поток электромагнитного излучения модулируют по амплитуде поочередным введением Внего второго диэлектрического образца толщиной д , находящегося в оптическом контакте с зеркалом, и зеркала без диэлектрического образца, регистрируют отраженное излучение от обоих отражательных элементов, выделяя переменную составляющую сигнала после чего поток электромагнитного излучения модулируют введением в него с той же частотой только.зеркала, регистрируют отраженное от него излучение, выделяя переменную. составляющую сигнала 3 , а коэффициент отражения Р зеркала определяют из соотношения1+АгдеЭф БЬ Ф 1 005 Ф)-Э Ф (Вп Ф+П СО 5 Ф ) ЛЗо О -1(ф 9 п ф - фэи ф )77 о с 1 2 Тгп дф= " Ф:1 Л2 ь - показатель преломления диэлектрических образцов; 3 - длина волны,при этом Кс(0,1, к Н, (0,1,где К= к- коэффициенты поглощениядиэлектрических образцов,На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства, реализующегопредлагаемый способ; на фиг. 2 - крайние положения зеркала с .образцамиотносительно потока излучения при могде К - коэффициент поглощенияобразца;д - толщина образца;й - коэффициент отражения исследуемого зеркала.Диэлектрические образцы 6 поочередно закрепляются на поверхности плоского зеркала 7 так, что они находятся в оптическом контакте с ним, т.е. зазор Ь между образцом и зеркалом и рабочая длина волны. В электромагнитного излучения находятся в соотношенииЪ й.Электродвигатель 10 с помощью кривошипно-шатунного механизма 9, соединенного с осью 16 каретки 8, обеспечивает возвратно-поступательное движение с частотой Г плоского зеркала 7 с диэлектрическим образцом 6, как показано на фиг. 2.Электродвигатель 10 с помощью кривошипно-шатунного механизма 9, соединенного с осью 17 каретки 8, обеспечивает возвратно-поступательное движение с частотой Е плоского 35 50 дуляции; на фиг. 3 - крайние положения зеркала относительно потока излучения.Устройство содержит субмиллиметровый генератор 1, делитель потока из.- лучения 2; диафрагму 3, модулятор 4 и приемник 5.Иодулятор 4 содержит диэлектрический образец 6, плоское зеркало 7, каретку 8, кривошипно-шатунный меха низм 9, электродвигатель 10 с редуктором и датчик 11 опорного напряжения.Приемник 5 содержит квадратичный детектор 12, усилитель 13, синхронный детектор 14 и индикатор 15.Генератор 1 предназначен для формирования близкого к параллельному потока электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона. В качестве генератора 1 могут быть использованы либо субмиллиметровый ОКГ, либо лампа обратной волны (ЛОВ).Диэлектрические образцы 6 представляют собой пару плоскопараллельных пластин толщиной ди с, выполненных иэ одного и того же материала.Каждый диэлектрический образец 6 характеризуется соотношением30Кс 1 1- Й(0 1,зеркала 7 с исследуемым образцом 6,как показано на фиг. 3.Способ, реализованный с помощьюданного устройства, осуществляетсяследующим образом.Формируют поток излучения с помощью генератора 1. С помощью делилея 2 осущвствляют отделение частипотока излучения, которую используют для контроля стабильности мощности или для измерения длиныволны,Поток излучения от генератора 1,прошедший через делитель 2, модулируют по амплитуде поочередным введением в него диэлектрического образца 6 толщиной И, находящегося в оптическом контакте с зеркалом.7, изеркала 7 без образца 6. Для этого спомощью диафрагмы 3 ограничиваютпоперечные размеры потока излучения,.прошедшего через делитель 2. Плоское зеркало 7 модулятора 4 с закрепленным на части его отражающейповерхности диэлектрическим образцом6 толщиной д с помощью каретки 8 икривошипно-шатунного механизма 9 соверщает возвратно-поступательное движение с частотой Г, задаваемой электродвигателем 10. Крайние положенияплоского зеркала 7 с диэлектрическимобразцом 6 толщиной д относительнопотока излучения приведены на фиг.2.При этом в первую половину периодамодуляции поток излучения послепрохождения диафрагмы 3 пропускаютчерез образец 6 толщиной И и отражают зеркалом 7. Отраженный потокизлучения вновь пропускают через образец 6. Ослабленный вследствиеотражения от зеркала 7 и двойногопрохождения через образец 6 толщиной д, поток излучения через диафрагму 3 поступает наделитель потока 2.С помощью делителя 2 осуществляютотделение части потока излучения кприемнику 5 Во вторую половинупериода модуляции поток излученияпосле прохождения диафрагмы 3 отражают с помощью зеркала 7 без образца 6 и передают через диафрагму 3 на делитель потока 2. С помощью делителя 2 осуществляют отделение части потока излучения в приемник 5. Регистрацию амплитудно-модулированного излучения осуществляют с помощью приемника 5, 11220Выделяют переменную составляющуюсигнала 3 интенсивности принятого излучения. Для этого с помощью квадратичного детектора 12 приемника 5 осуществляют детектирование амплитудно-модулированного излучения. С помощью усилителя 13 усиливают сигнал с выхода детектора 12, С помощью. синхронного детектора 14 осуществляют выделение переменной составляю щей Л интенсивности иэ выходного напряжения усилителя 13. Опорное напряжение с частотой Р для синхронного детектора 14 формируют с помощью датчика 11 модулятора 4. Регистрацию 15 сигнала Э осуществляют с помощью индикатора 15, Коэффициент отражения системы: образец 6 - зеркало 7, а следовательно, сигнал Э периодичес, ки меняются с увеличением отношения З 1д из-за интерференции излучения, многократно отраженного от перед.ней поверхности диэлектрического образца 6 и зеркала 7, При произвольном значении отношения " связь 25 между измеренной величиной Э, коэффициентом отражения Я зеркала и диэлектрическими потерями И" образца 6 толщиной д выражается соотношениемЗО21 Ф 1 д ф ь 1 -1%3 Ф3 =СИз;.гф .пгсозг Ф1 пс 1ггде т = 1 - Р ф = й35СО пз 1:Ю - мощность излучения генератора 1,Поток излучения генератора 1, проО шедший через делитель 2, модулируют по амплитуде поочередным введением в него образца 6 толщиной дг,находящегося в оптическом контакте с зеркалом 7 и зеркала 7 без образца 6. 4 При этом модуляциюосуществляют так 1же, как показано выше, в случае модуляции потока. излучения поочередным введением в него диэлектрического образца 6 с толщиной д , нахо дящегсся в оптическом контакте с зеркалом 7 и зеркала 7 без образца 6.Прием амплитудно-модулированного излучения осуществляют с помощью приемника .5. 55Выделяют переменную составляющую сигнала " интенсивности принятого излучения, Для этого с помощью квап; 97 братичного детектора 12 приемника 5 осуществляют детектирование амплитудно-,модулированного излучения. С помощью усилителя 13 усиливают сигнал с выходя детектора 12. С помощью синхронного детектора 14 осуществляют выделение переменной составляющей сигнала Э интенсивности иэ вы" хсдного напряжения усилителя 13. Опорно= напряжение с частотой Г для синхронного детектора 14 формируют с помс."ью датчика 11 модулятора 4, Гегис.рацию сигнала Зг осуществляют с помощью индикатора 15, В этом случае. связь между измеренной величиной Зг, коэффициентом отражения Р, зеркала и. диэлектрическими потерями 1 К образца 6 толщиной дг выражается соотношениемс4г2 пф д" +То -1)эо фг гСф г г1;гфгфгдГ 1 дг2Для определения неизвестной величины произведения Сй осуществляют модуляцию потока излучения генератора 1, прошедшего через делитель 2, введением в него с частотой Г только зеркала 7. Для этого плоское зеркало 7 модулятора 4 с закрепленными на части его отражающей поверхности образцом 6 с помощью каретки 8 и кривошипно-шатунного механизма 9, совершает возвратно-поступательное движение с частотой Р , задаваемой электродвигателем 10. Крайние положения плоского зеркала 7 с диэлектрическим образцом 6 относительно потока излучения приведены на фиг. 3. При этом в первую половину периода модуляции поток излучения после диафрагмы 3 отражают с помощью зеркала 7 без образца 6 и передают через диафрагму 3 на делитель потока 2, С помощью делителя 2 осуществляют отделение части потока излучения к приемнику 5, Во вторую половину периода модуляции поток излучения после диафрагмы 3 проходит над зеркалом 7 без отражения. При этом сигнал на входе приемника 5 отсутствует.Регистрацию амплитудно-модулированного излучения осуществляют с помощью приемника 5,7 1 ) 22097Выделяют переменную составляющую сигнала Э интенсивности принятого излучения. Для этого с помощьк квадратичного детектора 12 приемника 5 осуществляют детектирование амплитуд-но-модулированного излучения. С помощью усилителя 13 усиливают сигнал с выхода детектора 12. С помощью синхронного детектора 14 осуществляют выделение переменной составляющей 3 10 интенсивности из выходного напряжения усилителя 13. Опорное напряжение с частотой Р для синхронного детектора 14 формируют с помощью датчика 11 модулятора 4. Регистрацию сигнала 3 осуществляют с помощью индикатора 15. В этом случае-Сф) По измеренным значенпям Э, Э ф 20Э определяют коэффициент отраженияК зеркалай= - )где 1+ А Э ф (Ып Ф о са ф ) Э ф (вь ф п сов ф ) э, п -1)фФвф -Ф,ьпф,) . о - показатель преломления образца 6.Введение дополнительных операций модуляции по амплитуде потока электромагнитного излучения отражательными элементами, выполненными в виде находящихся в оптическом контакте с зеркалом двух диэлектрических образцов разной тозшины, цозволяетрегистрировать приемникоМ и выделятьпеременные составляющие сигнала 33 , Зо, которые могут быть измерены с высокой точностью. Поскольку3 и 3 существенно зависят от величины потерь при отражении излученияот исследуемого зеркала (= 1 - Р ),то данный способ позволяет реализовать определение близких к единицезначений коэффициента отражения Кзеркал с более высокой точностью посравнению с другими известными способами,Кроме того, описанный способ исключает необходимость использования эталонного зеркала с точно .известным значением коэффициента отражения, В способе также не требуется точное знание тангенса угла потерь исследуемых диэлектрических образцов. Для реализации способа достаточно, чтобы поглощение излучения в диэлектрических образцах было соизмеримо с величиной потерь при отражении излучения от исследуемого зеркала. Указанное условие при наличии ориентировочных данных р величине тангенса угла потерь материала, используемого для изготовления диэлектрическихобразцов, практически легко выполнить путем подбора толщины образцов.1122097 г.г аз 2906/6 Тираж 897 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Гаушисно Подкомитста СССРи открытийская наб. д. 4/ л ППП "Патент" огород, ул. Проектная, 4 едактор Л. Юркова ТехредЖ,Кастелевич Корректор