рефлектометр многократного отражения на основе плоских зеркал

Формула изобретения

Рефлектометр многократного отражения, содержащий последовательно установленные источник излучения, формирующий параллельный пучок, модулятор с приводом, диафрагму размером "d×l", два плоских зеркала, отражающие поверхности которых параллельны друг другу, а отражающая поверхность первого зеркала обращена к сформированному источником излучения пучку, фотоприемное устройство, усилитель и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что он снабжен двумя пентапризмами, образующими оптический ромб, при этом одна из них неподвижна и установлена по ходу распространения пучка излучения за диафрагмой, кареткой, на которой установлена вторая пентапризма, направляющей, приводом возвратно-поступательного перемещения каретки, при этом в крайнем нижнем положении каретки выходная грань установленной на ней пентапризмы обращена к отражающей поверхности первого зеркала, а в крайнем верхнем положении входная грань пентапризмы расположена на расстоянии "h" над отражающей поверхностью второго плоского зеркала, блоком синхронизации, один из входов которого связан с выходом привода перемещения каретки, а второй - с выходом привода модулятора, а также объективом, диаметр входного зрачка которого , а оптическая ось объектива расположена ниже входной грани подвижной пентапризмы в ее крайнем верхнем положении и выше отражающей поверхности второго плоского зеркала и делит расстояние "h" пополам.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения коэффициентов отражения, близких к единице, различных зеркал, которые находят широкое применение во многих интерференционных приборах и квантовых генераторах.

Известно устройство [ст.: А.А.Авдеенко и др. "К вопросу об измерении высоких коэффициентов отражения". - Оптика и спектроскопия, 1964, т.XVI, вып.4, с.712-713], содержащее источник монохроматического излучения, плоские зеркала, отражающие поверхности которых параллельны друг другу, диафрагму, делительную пластинку, матовое окошко и фотоэлемент.

Существенным недостатком вышеуказанного устройства является его низкая помехозащищенность, т.к. отсутствует модуляция излучения источника, а кроме того, нет опорного излучения. Все это снижает точность работы устройства.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является устройство [ст.: Т.А.Жевлакова, С.С.Семенцов. "Схема с многоходовой кюветой и интегрирующей сферой для измерения коэффициента зеркального отражения при длине волны 10,6 мкм". ОМП, 1983, №7, с.31-32], содержащее источник монохроматического излучения, модулятор с приводом, диафрагму, плоские зеркала, отражающие поверхности которых параллельны друг другу, интегрирующую сферу, пироэлектрический приемник, усилитель и регистратор.

Основным недостатком данного устройства является необходимость в процессе работы изменения положения интегрирующей сферы и приемника, так как сам процесс измерения получается достаточно длительным (20 с), а за это время существует большая вероятность изменения характеристик источника излучения (лазера).

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности измерения коэффициента зеркального отражения, что обеспечивается за счет сокращения времени производства единичного измерения и увеличения количества измерений в единицу времени, а также за счет сохранения неизменным в процессе всей работы положения приемника излучения.

Для решения поставленной задачи предлагается рефлектометр, который, как и в наиболее близком к нему по технической сущности, содержит источник излучения, формирующий параллельный пучок, модулятор с приводом, диафрагму размером d×l, два плоских зеркала, отражающие поверхности которых параллельны друг другу, а отражающая поверхность первого зеркала обращена к сформированному источником излучения пучку, фотоприемное устройство, усилитель и регистрирующее устройство. В отличие от прототипа рефлектометр снабжен двумя пентапризмами, образующими оптический ромб, при этом одна из них неподвижна и установлена по ходу распространения пучка излучения за диафрагмой, короткой, на которой установлена вторая пентапризма, направляющей, приводом возвратно-поступательного перемещения каретки, при этом в крайнем нижнем положении каретки выходная грань установленной на ней пентапризмы обращена к отражающей поверхности первого зеркала, а в крайнем верхнем положении входная грань пентапризмы расположена на расстоянии "h" над отражающей поверхностью второго плоского зеркала, блоком синхронизации, один из входов которого связан с выходом привода модулятора, а также объективом, диаметр входного зрачка которого , а оптическая ось объектива расположена ниже входной грани подвижной пентапризмы в ее крайнем верхнем положении и выше отражающей поверхности второго плоского зеркала и делит расстоянии "h" пополам.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря наличию двух пентапризм, образующих оптический ромб, одна из которых неподвижна и установлена по ходу распространения пучка излучения за диафрагмой с размерами "d×l", а вторая установлена на подвижной каретке, перемещающейся в направляющей прямолинейного движения с помощью привода возратно-поступательного перемещения, при этом в крайнем нижнем положении каретки выходная грань установленной на ней пентапризмы обращена к отражающей поверхности первого зеркала, а в крайнем верхнем положении входная грань пентапризмы расположена на расстоянии "h" над отражающей поверхностью второго плоского зеркала, пучок излучения с высокой частотой попеременно направляется то через пентапризмы и плоские зеркала, то, минуя последние, - в объектив, диаметр входного зрачка которого . Управление работой привода модулятора и привода возвратно-поступательного перемещения каретки осуществляется с помощью блока синхронизации.

Таким образом, обеспечивается сравнение сигналов от двух пучков излучения: одного, идущего по всему тракту, включающему многоходовую кювету из двух плоских зеркал, и другого, также идущего по всему тракту, но за исключением многоходовой кюветы из двух плоских зеркал. Приводы и блок синхронизации, один из входов которого связан с выходом привода перемещения каретки, а второй с выходом привода модулятора, работают с частотой порядка 1 Гц, что обеспечивает измерение за 1 с и тем самым повышает точность работы рефлектометра, тем более, что фотоприемное устройство не меняет своего положения. Нестабильность характеристик источника излучения, фотоприемного устройства и внешней окружающей среды сводится за такой короткий временной интервал к минимуму.

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом.

Рефлектометр содержит источник излучения 1, формирующий параллельный пучок излучения 2, диафрагму 3 размером "d×l", модулятор 4 с приводом 5, неподвижную пентапризму 6, пентапризму 7, установленную на каретку 8, движущуюся в направляющих 9 с помощью привода возвратно-поступательного перемещения 10, блок синхронизации 11, плоские зеркала 12 и 13, объектив 14, фотоприемное устройство 15, усилитель 16 и регистрирующее устройство 17.

Устройство работает следующим образом.

Источник излучения 1 формирует параллельный пучок 2, который проходит через диафрагму 3 размером "d×l" и перекрывается с определенной частотой модулятором 4 с помощью привода 5.

После диафрагмы 3 параллельный пучок, имеющий в сечении размеры "d×l", направляется на неподвижную пентапризму 6, а затем на пентапризму 7, установленную на каретку 8, перемещающуюся в прямолинейных направляющих 9 с помощью привода 10 возвратно-поступательного перемещения (имеющего в своем составе, например, кривошипно-шатунный механизм). Пентапризма 6 изменяет направление пучка на 90° и направляет его в пентапризму 7. Параллельный пучок, выходящий из пентапризмы 7, попадает на верхнюю половину объектива 14, который фокусирует излучение на фотоприемном устройстве 15, которое вырабатывает опорный электрический сигнал j₀, усиливаемый усилителем 16 и фиксируемый регистрирующим устройством 17. При нахождении каретки 8 в крайнем нижнем положении параллельный пучок излучения, выходящий из пентапризмы 7, направляется в многоходовую кювету, состоящую из двух плоских зеркал 12 и 13. Пройдя "n" ходов и отразившись от верхнего края зеркала 13, пучок излучения вновь попадает на объектив 14, но на нижнюю его половину, который вновь фокусирует его на фотоприемное устройство 15, после которого информационный сигнал J_n усиливается усилителем 16 и регистрируется регистрирующим устройством 17. Необходимо отметить, что облученные верхняя и нижняя части объектива 14 расположены симметрично относительно его оптической оси на расстоянии "h" друг от друга, что обеспечивает идентичное распределение энергии излучения в сфокусированном объективом 14 на фоточувствительной площадке фотоприемного устройства 15 пятне.

Блок синхронизации 11 обеспечивает управление работой привода 5 модулятора и привода 10 каретки таким образом, чтобы при нахождении щели модулятора 4 напротив диафрагмы 3 каретка 8 находилась либо в крайнем верхнем, либо в крайнем нижнем положениях, т.е., чтобы при нахождении выходной грани подвижной пентапризмы 7 напротив отражающей поверхности зеркала 12 (крайнее нижнее положение) или напротив объектива (крайнее верхнее положение) параллельный пучок излучения проходил через щель модулятора 4 и диафрагму 3 с размерами "d×l".

Таким образом, в заявляемом изобретении достигаются постоянство положения фотоприемного устройства, быстрое получение и сравнение опорного j₀ и информационного J_n сигналов, что обеспечивает более точное измерение коэффициентов отражения зеркал, т.к. сохранение постоянства работы источника излучения, приемника излучения, а также внешних условий (температуры окружающей среды, давления, влажности) требуется в течение очень короткого промежутка времени (порядка 1с).