Поляриметр
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
,оциалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М. Кл.з л 01 4/00 (22) Заявлено.200379 (21) 7738871/18-25 с присоединением заявки HP—
Государственный коинтет
СССР по делан нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет
Опубликоваио 1502В1. &юллетеиь й9 6 (Д) kg S3S.S (088.8) Дата опубликованию описания 1502.81 (72) Авторы изобретения
В. А. Ватюк, R. В. Васютин, В. В. Гусаров, В. И. Еремеев, В. A. Новиков, A. Н, Смирно и Н. И, Шаховской горов, I уваров !
4 ) с . -,.
Специальное конструкторское бюро Ордена Ле
Физико-технического института им. A. +. Иа
AH ГССР (71) Заявитель (54.) ПОЛЯР ИМЕТР
Изобретение относится к приборо строению, а более конкретно к при борам для измерения поляризации света, и может быть использована для проведения исследований в астрофизике и при оптических исследованиях.
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.
Недостатками прибора является невысокая точность измерения за счет модуляции светового потока механическим вращающимся анализатором, невоз- . можность измерения всех параметров
Стокса, необходимость двух отдельных приборов для измерения поляризации световых потоков слабой и сильной интенсивностей.
Наиболее близким па технической сущности к предлагаемому является прибор для измерения поляризации световых потоков малой интенсивности содержащий одноканальный измерительный блок, включающий модулятор, аналиэатар, спектральный прибор и фатоэлектранный умнажитель, блок обработки информации, содержащий дискриминаторы нижнего и верхнего уровней, схем совпадения, Формирователя и адновибратары, блок регистрации и генератар, в цепи обратной связи кото- рого установлен кварцевый резонатор (2) .
Недостатком данного прибора является необходимость подстройки модулятора прн измерении длины волны исследуемого светового патока. Отсуствие автоматической подстройки амплитуды колебаний генератора, управляющего работой модулятора, приводит к умень шению точности измерений, делает зависимой точность измерения от
20 спектрального диапазона исследуемого светового потока и не. обеспечивает автоматизацию всего процесса измерения.
Цель изобретения — павыиение точности измерения линейной и круговой ,поляризации во всем диапазоне видимой части спектра световых потоков различной интенсивности и автоматизация измерений поляризации свето30 вых потоков.
805080
ФО
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 автоматического 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 r 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 на одном основании с возможностью поворота вокруг оси пучка анализатор 5, нейтральный светофильтр 6, линзы 7 и 8 Аабри и фотоэлектронные умножители (АЭУ) 9 и 10.
Для наведения на исследуемый источник 2 света поляриметр имеет окуляр 11 с выдвижной поворотной призмой 12. ппя проверки прибора служит выдвижная калибровочная призма 13.
Блок имитации поляризованного сигнала содержит источник 14 света, отражатель 15, конденсатор 16, поляроид
l7, ромб 18 френеля, выдвижной пленочный поляроид 19, цветной светоФильтр 20, акустооптический модулятор 21, поляроид-анализатор 22, линзу 23 Сабри 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), дискриминатора 29 (30) амплитуды и коммутатора 31 (32) сигналов.
Блок цифрового преобразователя содержит устройство 33 управления счетом, счетчики 34 — 37 импульсов, и цифровые индикаторы 38 — 41 и имеет выходы íà 3RN.
Блок автоматического управления содержит широкополосный усилитель
42 с АРУ, фильтры третьей 43 и четвертой 44 гармоник частоты модулятоl0 ра, дискриминатор 45 сигнала ошибки и усилитель 4б постоянного тока.
Блок генератора состоит из управляющего элемента 47, генератора
48 синусоидальных колебаний и кварцевого резонатора 25.
Поляриметр позволяет производить измерения круговой и линейной поляризации света и определять все четыре параметра Гтокса световых потоков
20 различной, в том числе, меняющейся по времени интенсивности.
Поляриметр работает следующим образом.
При помощи выдвижного окуляра 11 с поворотной призмой 12 поляриметр наводится на исследуемый источник
2 света, исследуемый световой поток от которого, пройдя диафрагму 1 и цветной светофильтр 3, попадает на акустический модулятор 4. Цветной светофильтр 3 выделяет исследуемую спектральную область источника света.
Акустооптический модулятор 4, выполненный из блока изотропного плавле" ного кварца, механически соединен с кварцевым резонатором 25. Кварцевый резонатор возбуждается электрическим полем генератора 48 синусоидальных колебаний. Механические колебания кварцевого резонатора 25 пе >едаются
4Q акустооптическому модулятору 4 и возбуждают э нем стоячую ультразвуковую волну, создающую упругое двулучепреломление. Направление упругих деформаций в пластине акустооптического
45 модулятора 4 перпендикулярно направлению распространения светового пучка, Размеры пластины и частота колебаний акустооптического модулятора подбираются так, чтобы в ней устано-. вилась одна стоячая полуволна (длина
50 пластиныf=V>/21, где Ч вЂ” скорость звука в плавленом кварце, т — частота модуляции). Частота колебаний акустооптического 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 круго805080 вой поляризации и 22,5О 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 фотокатодах 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- !5 ный световой поток от источника 14 света, который линейно поляризуется поляроидом 17, а пройдя ромб Френеля, приобретает круговую поляризацию. для измерения линейной поляризации 2О выдвижной пленочный поляроид 19 устанавливается на пути светового потока и производит преобразование круговой поляризации светового потока в линейную.
Далее световой поток проходит цветной светофильтр ?О, 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 m3y 24 поступает 35 на вход широкополосного усилителя
42 с А У блока автоматического управления. Этот блок производит автоматическое управление работой акустооптических модуляторов и Формировате- 4Q ля стробов блока обработки инФорма ции. Акустооптические модуляторы 4. и 21 работают в режиме перемодуляции на 20-30%.
Выходной сигнал с >ЭУ 24 при изме- 45 рении круговой поляризации содержит нечетные гармоники основной частоты акустооптического модулятора 21, а при измерении линейной поляризации содержит четные гармоники. Соотношения между первой и третьей гармониками при измерении круговой поляризации, а при измерении линейной поляризации между второй и четвертой гармониками, соответствуют определенной амплитуде колебаний акустооптическо-. го модулятора ?.1. С выхода широкополосного усилителя 47. усиленный сигнал, содержащий нечетные или четные гармоники, поступает на Формирователь
25 стробов блока обработки инФорма- d0 ции и Фильтры третьей 43 и четвертой
44 гармоник.
При измерении параметров круговой поляризации исгользуется.Фильтр третьей гармоники, при измерении параметров линейной голяризации фильтр четвертой гармоники. Сигнал 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. С выходов дискриминаторов 29 и 30 амплитуд импульсы поступают на коммутаторы 31 и 32 сигналов. Работой коммутаторов 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 поляризации, фаза которых жестко привязана к фазе колебаний акустооптического модулятора 21. С выхода коммутаторов 31 и 32 сигналы поступают на счетчики
34 — 37 импульсов, которые производят счет импульсов.в интервалы времени, определяемые стробами, вырабатываемыми формирователем 26 стробов. Полное время счета кратно целому числу периодов модуляции акустооптического модулятора 21. Суммарное время счета задается устройством 33 управления счетом. Результаты счета индицируются на цифровых индикаторах 38 - 44, а также передаются на 3BN для дальнейшей обработки и хранения.
Для проверки комплексного Функционирования всех блоков прибора предусмотрено наличие выдвижной калибровочной призмы 13. Призма преобразует падающий световой поток в 100Ъ 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 спектральных диапазонах световой поток пропускается через соответствующие цветные светофильтры. Для уменьшения ошибок измерения поляризации в различных областях спектра в поляримет-, 805080 ре 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 вь|деляется 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 E светового потока остается неизменным.
Предлагаемое изобретение повиаает точность измерения степени поляризации световых потоков слабой, средней и сильной интенсивности независимо от их спектрального диапазона, в том числе интенсивности,.меняющейся во времени, определяет все параметры
Стокса и автоматизирует процесс измерений °
Формула изобретения
Поляриметр, содержащий 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 соединен с выходом коммутатора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения поляризации световых потоков, он снабжен блоком автоматического управления генератором, выход которого связан с,кварцевым резонатором, и блоком имитацииf поляризованного сигнала, 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
1$ к кварцевому резонатору, анализатор и фотоцриемник, выход которого соединен с блоком автоматического управления генератором, выполненным в виде последовательно установленных
2 широкополосного усилителя, фильтров третьей и четвертой гармоник, дискриминатора сигнала ошибки и усилителя постоянного тока, выход которого соединен с генератором, вход дискриминатора сигнала ошибки подключен к одному из фильтров, выход широкополосного усилителя соединен с формирователем стробов блока обработки информации, а анализатор и два фотоприемника измерительного блока устаЗО новлены на одном основании с воэможностью поворота.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1, Патент ГДР Р 120294, кл. G 01 N 21/40, 1976, 2. Балацюк А.П. и др. Измерение поляризации световых потоков малой интенсивности в режиме счета фотонов °
40 Приборы и техника эксперта, 1976, 9 1, с. 171-173.