Поляризационные приборы

Поляриза ционные приборы Введение Пол яризационные приборы основаны на явлении поляризации света и предназначены для получения поляризованного света и изуч ения тех или иных процессов , происходящих в поляризованных лучах. Поляризационные приборы широко применяют в кристаллографии и петрографии для исс ледования свойств кристаллов ; в оптической пр омышленности для определения напряжений в сте кле ; в машиностроении и приборостроении для изучения методом фотоупругости напряжений в деталях машин и сооружений ; в медицине ; в химической , пищевой , фармаце в тическо й промышленности для определения концентрации растворов . Поляризационные приборы получили рас пространение 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 сооружени й. Источник света 1 (кинопроекционная лампа К 12 или ртутная лампа СВДШ -250) размещен в фокальной плоскости конденсора 2 (фокусное рас стояние 180 мм ). Параллельный пучок лучей после конденсора проходит через светофильтр 3, поляриз атор 4 (поляроид , вклеенный между защитными стек лами ), слюдяную пластинку 5 в 1/4 волны и падае т на исследуемый образец 6. Рис . 1. Схема большой поляризационной уст ановки После образца образовавшиеся в нем лу чи o и e проходят втор ую пластинку 7 в 1/4 волны , анализатор 8 (аналогичны й поляризатору 7) и падают на объектив 9 (фокусное расстояние 400 мм ), который изображает источник света в плоскости апертурной диаф рагмы 10 (ирисовая диафрагма фотозатвора ; раскрытие диафрагмы от 2 до 4 мм при ртутной ламп е , раскрытие диафрагмы полное до 2 0 мм для кинопроекционной лампы ). Одновре менно объектив 9 проецирует изображение образца на матовое стекло 15 при помощи откидного зеркала 11 или на фотопластинку 12. Интерференционную картину наблюдают через 14 и зеркало 16. Ее можно та кже проецировать с большим увеличением на экране 13. Поляризатор , анализатор и пластинки в 1/4 волны вращаются в пределах 0 90 ; угол поворота отсчитыва ется по шкале с ценой деления 1 . Пластинки в 1/4 волны можно выводить из оптической схем ы. Конструктивно прибор выполнен в виде отдельных узлов : осветитель , в котором смонтир ованы детали 1 — 5; нагрузочное устройство , включ ающее образец 6; фотокамера , содержащая затвор с ди афрагмой 10 и оптические детали 7 — 9 и 11 — 16, рассчитанная на фотопластинки размер ом 13 18 м. Значительное усовершенствование процесса пол яризационных измерений и повышение точности д остигается при использовании объективных мет одов измерения . В качестве примеров пр иборов такого типа рассмотрим схему фотоэлект рического поляриметра. Фотоэлектрический модуляционный поляримет р Фотоэлектрический модуляционный поляриметр (р ис . 2) позволяет измерять в исследуе мом объекте разность фаз лучей о и е , меняющуюся во времени. Лучистый поток от ртутной лампы 1 свер хвысокого давления проходит через иитерференцион ный светофильтр 2 (с максимумом пропускания при =0,436 м км и =0,546 мкм ), поляризатор 3 и исследуемый объект 4, ориентированный так , что направления колебан ий в лучах о и е составляют углы /4 с направлением колебаний в лу че , вышедшем из поляризатора . Выходящий из объ екта 4 эллиптически поляризованный свет попадает на пластину 5, изготовленную из кри сталла ADP, вырезанную так , что ее плоскости перпендикулярны оптической оси. Рис . 2. Схема фотоэлектрич ес кого 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 пласти не 5 переменного электрического напряжения в н апра влении , параллельном оси лучистого по тока и оптической оси кристалла , последний становится двухосным . Новые оптические оси образуют симметричные углы /4 с прежним направлением оси . Следовательно , после приложения напряжен ия к пластине 5 проходящий через нее свет претерпевает двойное лучепреломление . Возник ающая при этом разность фаз пропорциональна напряжению электрического поля и не зави сит от толщины пластины 5. В связи с во зникающей переменной разностью фаз эллиптически по л яризованный свет периодически меняет форму эллипса . Следовательно , на выхо де компенсатора 6 (в схеме используется компенс атор Сенармона ) плоскость линейно поляризованного света колеблется относительно среднего полож ения . После анализатора 11 модулированны й поток света попадает на фотоумножитель l0. Из фотоумножителя ток с основной частот ой , соответствующей первой гармонике сигнала , поступает в усилитель 8 и приводит в дейст вие сервомотор 9, поворачивающий анализатор 1l до тех пор , пока в сигнале имеется п е рвая гармоника . Остановка соответств ует положению анализатора , при котором на фотоумножитель падает минимальный поток излучени я. Самописец 7 фиксирует углы поворота анализ атора , причем измеряемая разность фаз равна удвоенному углу поворота анализатора. Пог решность измерения составляет в среднем приблизительно 20'.0 Полярископ-поляриметр ПКС -56 Полярископ-поляриметр ПКС -56 (рис . 3) служит дл я измерения двойного лучепреломления в стекле . Он состоит из источника света 1 (лампа накалив ания ), матового стекла 2, поляризатора 3 (поляроид , вклеенный между стеклами ), пластинк и 5 в 1/4 волны , анализатора 6 (аналогичного поляриз атору 3) и светофильтра 7 (на длину волны 0,54 мк м ). Рис . 3. Схема полярископа-поляриметра ПКС -56 Порядок измерения на приборе следующий : скрещивают поляризатор и анализатор (отсчет по лимбу анализатора 0 , поле зрения темное ); уста навливают образец 4 (если он обладает двойн ым лучепреломлением , то в поле зрения наблюдается просветление ); поворачивают анализато р до максимального потемнения в середине образца ; по лимбу отсчитывают угол поворота анализатора. Зная , можно определить из соотнош ения 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 о птически чу вствительных покрытий . Он позв оляет наблюдать интерференционную картину в у словиях 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), полупр озрачное зеркало 8 и , отразившись от светоделит ельного слоя , падает на оптически чувствительное покрытие 6, нанесенное на исследуемы й объект 5. После отражения от покрытия све т попадает в анализаторный узел прибора , п роходит компенсатор 9, анализатор 10 (аналогичный поля ризатору 4) и попадает в зрительную трубу (с менное увел и чение 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 с хемы. Предел измерения оптической разности хода — от 0 до 5 интерференционных порядков . Пог решность измерения — 0,05 интерференционных порядко в. Габариты прибора 400 400 800 мм ; масса около 2 кг.