Поляризационные приборы
Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской
Революции и ордена Трудового Красного Знамени
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
имени Н.Э.Баумана.
________________________________________________
Факультет РЛ
Кафедра РЛ3
Реферат
по дисциплине
"Поляризационные
приборы"
студента
Майорова Павла Леонидовича
группа РЛ 3-101.
Зубарев Вячеслав Евгеньевич
Введение
Поляризационные
приборы основаны на явлении поляризации света и предназначены для получения поляризованного
света и изучения тех или иных процессов, происходящих в поляризованных лучах.
Поляризационные
приборы широко применяют в кристаллографии и петрографии для исследования
свойств кристаллов; в оптической промышленности для определения напряжений в
стекле; в машиностроении и приборостроении для изучения методом фотоупругости
напряжений в деталях машин и сооружений; в медицине; в химической, пищевой,
фармацевтической промышленности для определения концентрации растворов.
Поляризационные приборы получили распространение также для изучения ряда
явлений в электрическом и магнитном поле.
Приборы для определения внутренних натяжений
Большая поляризационная установка
Большая
поляризационная установка (рис. 1) предназначена для исследования напряжений в
прозрачных моделях деталей машин и сооружений.
Источник
света 1 (кинопроекционная лампа К12 или ртутная лампа СВДШ-250) размещен в
фокальной плоскости конденсора 2 (фокусное расстояние 180 мм). Параллельный
пучок лучей после конденсора проходит через светофильтр 3, поляризатор 4
(поляроид, вклеенный между защитными стеклами), слюдяную пластинку 5 в 1/4
волны и падает на исследуемый образец 6.
Рис. 1. Схема большой поляризационной установки
|
После
образца образовавшиеся в нем лучи o и e проходят вторую пластинку
7 в 1/4 волны, анализатор 8 (аналогичный поляризатору 7) и падают на объектив 9
(фокусное расстояние 400 мм), который изображает источник света в плоскости
апертурной диафрагмы 10 (ирисовая диафрагма фотозатвора; раскрытие диафрагмы от
2 до 4 мм при ртутной лампе, раскрытие диафрагмы полное до 20 мм для кинопроекционной
лампы). Одновременно объектив 9 проецирует изображение образца на матовое
стекло 15 при помощи откидного зеркала 11 или на фотопластинку 12.
Интерференционную
картину наблюдают через защитное стекло 14 и зеркало 16. Ее можно также проецировать
с большим увеличением на экране 13.
Поляризатор,
анализатор и пластинки в 1/4 волны вращаются в пределах 0¸90°; угол поворота отсчитывается
по шкале с ценой деления 1°. Пластинки в 1/4 волны можно выводить из оптической
схемы.
Конструктивно
прибор выполнен в виде отдельных узлов: осветитель, в котором смонтированы
детали 1—5; нагрузочное устройство, включающее образец 6; фотокамера,
содержащая затвор с диафрагмой 10 и оптические детали 7—9 и 11—16, рассчитанная
на фотопластинки размером 13´18 м.
Значительное
усовершенствование процесса поляризационных измерений и повышение точности
достигается при использовании объективных методов измерения. В качестве
примеров приборов такого типа рассмотрим схему фотоэлектрического поляриметра.
Фотоэлектрический модуляционный поляриметр
Фотоэлектрический
модуляционный поляриметр (рис. 2) позволяет измерять в исследуемом объекте разность
фаз лучей о и е, меняющуюся во времени.
Лучистый
поток от ртутной лампы 1 сверхвысокого давления проходит через
иитерференционный светофильтр 2 (с максимумом пропускания при l=0,436 мкм и l=0,546 мкм), поляризатор 3 и
исследуемый объект 4, ориентированный так, что направления колебаний в лучах о
и е составляют углы p/4 с направлением колебаний в луче, вышедшем из
поляризатора. Выходящий из объекта 4 эллиптически поляризованный свет попадает
на пластину 5, изготовленную из кристалла ADP[1],
вырезанную так, что ее плоскости перпендикулярны оптической оси.
Рис. 2. Схема фотоэлектрического модуляционного
поляриметра
|
Введение
пластины 5 позволяет модулировать проходящий через нее лучистый поток, так как
на кристалле ADP очень удобно реализовать эффект Поккельса. При приложении к
пластине 5 переменного электрического напряжения в направлении, параллельном
оси лучистого потока и оптической оси кристалла, последний становится
двухосным. Новые оптические оси образуют симметричные углы p/4 с прежним направлением
оси. Следовательно, после приложения напряжения к пластине 5 проходящий через
нее свет претерпевает двойное лучепреломление. Возникающая при этом разность
фаз пропорциональна напряжению электрического поля и не зависит от толщины
пластины 5. В связи с возникающей переменной разностью фаз эллиптически
поляризованный свет периодически меняет форму эллипса. Следовательно, на выходе
компенсатора 6 (в схеме используется компенсатор Сенармона) плоскость линейно
поляризованного света колеблется относительно среднего положения. После анализатора
11 модулированный поток света попадает на фотоумножитель l0. Из фотоумножителя
ток с основной частотой, соответствующей первой гармонике сигнала, поступает в
усилитель 8 и приводит в действие сервомотор 9, поворачивающий анализатор 1l до
тех пор, пока в сигнале имеется первая гармоника. Остановка соответствует положению
анализатора, при котором на фотоумножитель падает минимальный поток излучения.
Самописец
7 фиксирует углы поворота анализатора, причем измеряемая разность фаз равна
удвоенному углу поворота анализатора.
Полярископ-поляриметр ПКС-56
Полярископ-поляриметр
ПКС-56 (рис. 3) служит для измерения двойного лучепреломления в стекле. Он состоит
из источника света 1 (лампа накаливания), матового стекла 2, поляризатора 3
(поляроид, вклеенный между стеклами), пластинки 5 в 1/4 волны, анализатора 6
(аналогичного поляризатору 3) и светофильтра 7 (на длину волны 0,54 мкм).
Рис. 3. Схема
полярископа-поляриметра ПКС-56
|
Порядок
измерения на приборе следующий: скрещивают поляризатор и анализатор (отсчет по
лимбу анализатора 0°, поле зрения темное); устанавливают образец 4 (если он обладает
двойным лучепреломлением, то в поле зрения наблюдается просветление); поворачивают
анализатор до максимального потемнения в середине образца; по лимбу отсчитывают
угол поворота Db анализатора.
Зная Db, можно определить из соотношения
где l — толщина образца в направлении просмотра.
При l=10
мм погрешность измерения составляет
±3×10-7. С увеличением
l погрешность уменьшается.
Переносный малогабаритный поляриметр
ИГ-86
Рис. 4. Переносный малогабаритный поляриметр
ИГ-86
|
Переносный
малогабаритный поляриметр ИГ-86 (рис. 4) предназначен для визуального
исследования напряженного состояния изделий с помощью оптически чувствительных
покрытий. Он позволяет наблюдать интерференционную картину в условиях плоской и
круговой поляризации и измерять оптическую разность хода как методом
сопоставления цветов, так и компенсационным методом.
Источник
света 1 (лампа СЦ-61) размещен в фокусе объектива 3. Защитные стекла 2, 7 и 12
предохраняют прибор от попадания в него загрязнений. Параллельный пучок лучей
проходит поляризационный светофильтр (поляризатор 4), полупрозрачное зеркало 8
и, отразившись от светоделительного слоя, падает на оптически чувствительное
покрытие 6, нанесенное на исследуемый объект 5. После отражения от покрытия
свет попадает в анализаторный узел прибора, проходит компенсатор 9, анализатор
10 (аналогичный поляризатору 4) и попадает в зрительную трубу (сменное увеличение
2 и 10´) со шкалой в совмещенной фокальной плоскости объектива 11 и
окуляра 13. Перед глазной линзой окуляра и выходным зрачком 15 устанавливается
светофильтр 14. Такая оптическая схема получила наименование Т-образной схемы.
Предел
измерения оптической разности хода — от 0 до 5 интерференционных порядков.
Погрешность измерения — 0,05 интерференционных порядков.
Габариты
прибора 400´400´800 мм; масса около 2 кг.
Список использованной литературы
1. Лабораторные оптические приборы: Учебное пособие для приборостроительных
и машиностроительных ВУЗов. Г. И. Федотов, Р. С. Ильин, Л. А. Новицкий, В. Е.
Зубарев, А. С. Гоменюк.
Оглавление
Введение.....................................................................................................
Приборы для определения
внутренних натяжений..............................
Фотоэлектрический
модуляционный поляриметр............................
Полярископ-поляриметр
ПКС-56.......................................................
Переносный
малогабаритный поляриметр ИГ-86............................
Список использованной
литературы......................................................
Оглавление.................................................................................................
[1] Кристалл ADP — искусственный одноосный кристалл дигидрофосфата аммония
(NH4H2PO4).