Поляризаційно-оптичний пристрій для визначення індукованої зміни різниці ходу в оптичних матеріалах

1. Поляризаційно-оптичний пристрій для визначення індукованої зміни різниці ходу в оптичних матеріалах, що містить джерело лінійно поляризованого випромінювання, на осі променя якого роз 3 39218 Напівпрозоре дзеркало, що розташоване між джерелом випромінювання і досліджуваним зразком, дозволяє спрямувати промені, що відбились від граней зразка до аналізатора, який ставиться на шляху відбитого променя після напівпрозорого дзеркала у схрещене 90° положення відносно поляризації падаючого на зразок променя. Тоді відбитий від передньої грані зразка промінь повністю гаситься, а два промені, що відповідають двом існуючим взаємно перпендикулярним площинам поляризації світла в напруженому досліджуваному зразку, двічі проходять зразок (до задньої грані зразка і відбившись від неї), а потім, відбившись від напівпрозорого дзеркала, проходять аналізатор та інтерферують. Аналіз отриманої інтерференційної картини дозволяє визначати індуковану зміну різниці ходу у зразку. Враховуючи те, що часто півхвильові напруження зразків є великими і співмірними з електричною чи механічною міцністю досліджуваного матеріалу, пропонований пристрій, за рахунок двократного проходження, дозволяє в два рази підвищити чутливість та відповідно розширити границі застосування такого поляризаційно-оптичного пристрою для визначення електро- чи п'єзооптичних коефіцієнтів за різницею ходу. За п. 2 доцільно поляризаційно-оптичний пристрій оснастити дзеркалом, розміщеним за досліджуваним зразком, перпендикулярно до осі променя, що забезпечить збільшення інтенсивності відбитого променя. Це є необхідним у ти х випадках, коли показники заломлення і, відповідно, інтенсивності відбитих променів малі, що дозволить застосовувати запропонований пристрій також і при дослідженні оптичних матеріалів з малими коефіцієнтами відбивання або ж із сильним поглинанням чи з оптично неякісними гранями. На Фіг. зображена схема запропонованого поляризаційно-оптичного пристрою для визначення різниці ходу в оптичних матеріалах. Поляризаційно-оптичний пристрій для визначення зміни різниці ходу в оптичних матеріалах містить джерело лінійно поляризованого випромінювання - лазер 1, на осі променя якого під кутом 45° розташоване напівпрозоре дзеркало 2, досліджуваний зразок 3. На осі променя, відбитого від напівпрозорого дзеркала 2, розташований аналізатор 4, а за ним - фотоприймач 5, електрично з'єднаний з реєструючим пристроєм 6. Поляризаційно-оптичний пристрій для визначення індукованої зміни різниці ходу в оптичних матеріалах може бути оснащений дзеркалом 7, розміщеним за досліджуваним зразком. Пристрій працює так. Вмикають джерело лінійно поляризованого випромінювання. Промінь від лазера 1 проходить напівпрозоре дзеркало 2 та досліджуваний зразок 3 два рази: до задньої грані зразка або дзеркала та відбившись, знову потрапляє на напівпрозоре дзеркало 2, відбивається від нього, і через аналізатор 4 потрапляє на фотоприймач 5, фотоелектричний струм якого реєструється реєструючим пристроєм (наприклад, мікроамперметром) 6. При дії зовнішніх сил (наприклад, електричного поля Еm для електрооптичного або механічного напруження sm для п'єзооп 4 тичного ефектів) на зразок інтенсивність вихідного сигналу буде змінюватися згідно відомого [Сонин АС, Василевская А.С. Электрооптыческые кристаллы. - М.: Атомиздат, 1974. - С. 45] співвідношення p (1) l = I0 sin2 d( Dnk dk ) , l де І0 - максимальна інтенсивність світла, l довжина світлової хвилі, d(Dn k×dk) - індукована зміна різниці ходу при дії фізичного поля на зразок із оптичного матеріалу, Dnk і d k - відповідно двозаломлення і товщина досліджуваного зразка в напрямку поширення світла. Якщо зміна різниці ходу d(Dn k×d k) при дії зовнішньої сили досягне l/2, то інтенсивність І, згідно з (1), зміниться від нуля до І0. Величина зовнішньої сили тоді називається півхвильовим механічним l напруженням sm/ 2 для п'єзооптичного ефекту або півхвильовою електричню напругою Ul / 2 m для електрооптичного ефекту. В пропонованому пристрої швидкість зміни різниці ходу dD k = d(Dn kdk) при дії зовнішньої сили збільшиться в 2 рази, оскільки промінь проходить двічі досліджуваний зразок. В цьому випадку півхвильова зміна різниці ходу dD k = l/2 досягається при дії зовнішньої сили, яка є в 2 рази меншою, ніж півхвильове механічне напруження sml / 2 або півхвильова електрична напруга Uml / 2 , характерні для прототипу. Оцінимо інтенсивність відбитого світла для звичайного променя на прикладі кристалів ніобату літію з n0=2,2967 [Кузъминов Ю.С. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития. - М.: Наука, 1987. - С. 22]. Тоді інтенсивність відбитого від грані світла І0 пропорційна квадрату амплітудного коефіцієнта відбивання r0, який згідно формул Френеля [Борн М, Вольф Э. Основы оптики. - М.: На ука, 1970. - С. 66] рівний n -1 r0 = 0 , (2) n0 +1 де n0 - показник заломлення кристалу, а nпов=1 - показник заломлення повітря. Тому інтенсивність відбитого світла відносно падаючого складатиме для LiNbO3 частку 2 2 (n - 1) (1,2967) r2 = 0 = = 0,155 або 15,5 % , (3) 0 (n0 + 1)2 (3,2967)2 Це цілком достатня інтенсивність світла для її об'єктивного аналізу існуючими фотоприймальними пристроями. У тих випадках, коли показники заломлення досліджуваного зразка малі (наприклад, для плавленого кварцу n0=1,457 [Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь, 1985. - С.261), відповідно 2 величина r0 =0,035 або 3,5%), за зразком 3 встановлюють відбиваюче дзеркало 7, яке повністю 5 39218 відбиває назад промінь. При цьому зростає інтенсивність відбитого променя, що дозволяє розширити можливості методу, застосувавши його до Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 6 зразків з малими коефіцієнтами відбивання, сильним поглинанням або з оптично неякісними гранями і т.п. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601