Устройство для измерения разности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами вектора

378758

О Ю Нзй Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

С з оз Советоки в

Сапнолистичеокив рРеопублив

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 28.ЧШ.1970 (№ 1475046/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 18.IV.1973, Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 20Х1.1973

М. Кл. С 01п 21/44

Комитет по делаю изобретений и открытий при Совете Миииотров

СССР

УДК 543 5,3 (088 8) Авторы изобретения р. g. Кеймах, Ю. М. Глыбин, В. И. Кудрявцев, М. Д. KP W«

А. С. Аксенов и С. И. Бергер

Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский и экспериментально-конструкторский институт продовольственного машиностроения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ МЕЖДУ

ВЗАИМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ВЕКТОРА

ОТРАЖЕННОЙ ВОЛНЫ

/1V в

cos y, вy — ( б

,n)

tg — = (1)

2 в пв Р

Известны фотоэлектронные устройства для измерения разности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами вектора отраженной волны, возникающей, например, при полном внутреннем отражении плоскополяризованного света от поверхности раздела эталонной и исследуемой среды. В этих устройствах измерение осуществляется с помощью компенсаторов разности фаз, применение которых существенно снижает точность измерен ия за счет дополнительных погрешностей, связанных с их изготовлением, юстировкой и установкой в оптическом тракте прибора.

В настоящее время большое значение приобретают устройства для измерения разности фаз взаимно перпендикулярных компонент вектора отраженной волны при исследовании тонких пленок, полупроводников, оптических констант металлов, показателей преломления прозрачных и непрозрачных сред и др., поэтому исключение сложных компенсаторов разности фаз из оптической схемы устройства представляет большое практическое значение.

В предлагаемом устройстве для измерения разности фаз фотоэлектронная следящая система связана обратной связью с анализатором и отсчетным устройством, что позволяет исключить компенсатор из измерительной схемы устройства и повысить точность измерения.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства применительно к измерению показателя преломления исследуемой среды.

Устройство состоит из источника 1 света, поляризатора 2, модулятора 3 света по колебаниям его плоскости поляризации, призмы 4 полного внутреннего отражения, омываемой исследуемой средой, анализатора 5 с отсчетным устройством, фотоприемника б, электрон1С ного усилителя 7 и фазового двигателя 8.

Монохроматический световой поток от источника 1 света, пройдя поляризатор 2 и модулятор 8 света, направляется под углом на измерительную поверхность призмы 4. Извест15 но, что плоскополяризованный свет, падающий из прозрачной изотропной среды 9 под углом п на границу со средой 10, при полном внутреннем отражении оказывается эллиптически поляризованным; при этом между взаимно перпендикулярными компонентами вектора отраженной волны обнаруживается сдвиг фазы 6, зависящий от угла падения ср и показателей преломления среды 9 и 10, определяемой уравнением:

Отраженный эллиптически поляризованный

30 свет поступает на анализатор 5. Далее моду 378758

I = 1 cosi () — а) — sin 2n sfn2) sin — 1, 2 где 10 — интенсивность поляризованного пучка лучей, пропущенного поляризатором; аи P — углы между направлениями колебаний, пропускаемыми соответственно поляризатором и анализатором, и направлением колебаний одного из компонент электрического вектора отраженной волны.

При повороте анализатора, т. е. при изменении угла Р, экстремальным значениям интенсивности отвечает угол р=р,„р., связанный с разностью фаз б зависимостью: (Г

) tg 2I1I„„ . = tg 2a. cos 8.

Эта зависимость вытекает из условия рад1 венства нулю частной производной —. д

При введении в систему модуляции света по колебаниям его плоскости поляризации переменная составляющая интенсивности модулилированный по интенсивности световой поток преобразуется при помощи фотоэлектронного устройства б, 7 в переменное напряжение, которое подается на одну из двух обмоток статора реверсивного электродвигателя 8. Вторая обмотка двигателя питается напряжением от общего источника с модулятором. Двигатель 8 кинематически связан с анализатором.

Интенсивность света на выходе из анализатора в такой системе (при отсутствии модуляции света по колебаниям его плоскости поляризации) выражается зависимостью: рованного света после анализатора состоит в общем случае из слагающих изменяющихся с частотой равной частоте модуляции и удвоенной (высшими гармониками ввиду их,ма5 лости можно пренебречь).

При угле ф,„стр., соответствующем экстремальным значениям интенсивности, в переменной составляющей интенсивности исчезает слагающая, изменяющаяся с частотой моду10 ля циси. Это указывает на то, что следящая система, прибора с анализатором в цепи обратной связи будет автоматически следить за изменением разности фаз, а следовательно, согласно зависимости (1) за изменением по15 казателя преломления измеряемой среды.

Совместное решение зависимостей (1) и (2) дает для акстр"

tg 2 „, р — tg 2а где К = sin y(tg ð — 1).

Предмет изобретения

30 Устройство для измерения разности фаз между взаимно перпендикулярными компонентами вектора отраженной волны, содержащее источник монохроматического света, поляризатор, модулятор света, анализатор и

35 фотоэлектронную следящую систему, отличиюи1ееся тем, что, с целью повышения точности измерения, фотоэлектронная следящая система подключена к анализатору с отсчетным устройством, 378758

Составитель В. Зверев

Техред Г. Дворина

Редактор А. Батыгин

Корректор Т. Гревцова

Заказ 1672713 Изд. № 431 Тираж 755 Подписное

L,ÍÈÈÏÈ Комитета пэ делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2