|
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"
студентки
Сальниковой
Любови Юрьевны
группа РЛ 3-101.
Преподаватель
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
Т-образные установки МИСИ
Т-образные
установки МИСИ предназначаются для изучения деформации методом оптически
чувствительных покрытий.
В полярископах
Т-образного вида (рис. 1) свет от источника 1 проходит поляризатор 2,
отражается от полупрозрачного зеркала 3, проходит оптически чувствительное
покрытие 4 и, отразившись от поверхности образца 5, входит в анализаторную
часть установки. Она содержит анализатор 8, сменные компенсатор 6 и пластинку,
7 в 1/4 волны и экран полярископа 9. Рис. 1. Схема Т-образного полярископа
Если
измерение проводится в точке по методу компенсации, то перед анализатором
устанавливают компенсатор. При фиксации изохроматической картины по полю перед
анализатором устанавливают пластинку в 1/4 волны.
В
соответствии со схемой, представленной на рис. 1, разработана Т-образная
установка (рис. 2), получившая наименование отражательного полярископа. Рис. 2. Отражательный полярископ МИСИ по Т-образной схеме.
Источник
света 1 (лампа ДРШ-250) с помощью конденсора 2 проецируется на диафрагму 4
(диаметр отверстия 2 мм), помещенную в фокусе объектива 8.
Для
снижения влияния инфракрасной радиации источника в схему введен теплофильтр 3.
Расходящийся плоскополяризованный световой поток после диафрагмы 4 проходит
поляризатор 5, пластинку 6 в 1/4 волны, светофильтр 7 и попадает на объектив 8
(фокусное расстояние 300 мм). После объектива свет параллельным пучком проходит
две полупрозрачные пластины 9 и 10, оптически чувствительное покрытие 11 и
попадает на образец 12. После отражения в обратном ходе свет попадает в анализаторную
часть установки, где объективом 13 фокусируется на диафрагму 16. Поляризационная
картина после дополнительного светофильтра 14 и анализатора 15 рассматривается
на экране полярископа l7. Рис. 3. Схема V-образного полярископа
К установкам
данного типа относятся также отражательный полярископ OП-2, переносный малогабаритный
полярископ ОП-3 и др.
V-образные полярископы
V-образные
полярископы используются для тех же целей, что и Т-образные. В полярископах
V-образного вида (рис. 3) естественный монохроматический свет от источника 1
проходит поляризатор 2, становясь при этом плоскополяризованным. Проходя
пластинку 3 в 1/4 волны и оптически чувствительное покрытие 4, свет отражается
от объекта исследования 5 (от пластически деформируемого образца), проходит
вторую пластинку 6 в 1/4 волны, анализатор 7 и образует изохроматическую картину
на экране полярископа 8.
Для
получения картины хорошего качества варьируется толщина покрытия 4 (в пределах
0,5 — 1,5 мм и угол a между оптическими осями
поляризаторной и анализаторной части (в пределах 6°¸15°) Рис. 4. Схема кругового поляриметра СМ
Освещение
объекта может осуществляться как параллельным, так и расходящимся пучком
поляризованного света.
Приборы для определения угла поворота плоскости поляризации
Круговой поляриметр СМ
Круговой
поляриметр СМ (рис. 4) предназначен для определения угла поворота плоскости
поляризации в жидких оптически активных веществах.
Осветитель
1 (лампа накаливания или натриевая лампа ДНаО140) устанавливается в фокальной
плоскости оптической системы 8. В конструкции узла осветителя предусмотрены
подвижки для установки нити накала лампы на оптической оси. При работе с лампой
накаливания перед оптической системой 3 вводится желтый светофильтр 2.
Параллельный монохроматический пучок лучей, выходящий из системы 3, проходит
через поляризатор 4 (поляроид, заклеенный между двумя стеклами), кварцевую
пластинку 5, создающую совместно с поляроидом полутеневую картину с тройным
полем зрения, и кварцевую кювету 6 с исследуемым раствором. Обычно длина кюветы
выбирается такой, чтобы концентрации 10-3 кг/см3 соответствовал угол поворота плоскости
поляризации y = 1°.
После кюветы
расположен анализатор 7, аналогичный поляризатору 4, и телескопическая система,
состоящая из объектива 10 и окуляра 11, через который ведется наблюдение при
уравнивании освещенностей частей поля зрения.
Отсчет
осуществляется по градусной шкале 8 неподвижного лимба (с оцифровкой от 0°
до 360°) с помощью двух диаметрально противоположных
нониусов 9 (шкалы нониусов имеют по 20 делений; цена одного деления 0,05°).
Из показаний двух нониусов берут среднее значение (для учета эксцентриситета
лимба). Отсчет снимается при наблюдении лимба и нониуса через лупы 12.
Автоматический спектрополяриметр Рис. 5. Схема автоматического спектрополяриметра
Автоматический
спектрополяриметр (рис. 5) предназначен для измерения угла поворота плоскости
поляризации в диапазоне длин волн 0,24¸0,60 мкм.
Источник
света 1 сменный — лампа накаливания при работе в видимой части спектра и ртутная
лампа сверхвысокого давления для измерения в ультрафиолетовой области.
Излучение от лампы 1 проходит через двойной монохроматор 2 (с зеркальной
оптикой и кварцевыми призмами), попадает на электромеханический поляризатор-модулятор
4, проходит исследуемый образец 5, анализатор 6 и попадает на фотоумножитель 7.
В
зависимости от угла между направлениями колебаний, пропускаемых поляризатором и
анализатором, меняется частота переменной составляющей потока, попадающего на
фотоумножитель.
Сигнал,
преобразованный в электрический и усиленный в усилителе 8, питает управляющую
обмотку реверсного двигателя, который через редуктор вращает анализатор 6 до тех
пор, пока из сигнала не исчезнет первая гармоника. Вращение анализатора
регистрируется на самописец 3, связанном передающим устройством со шкалой длин
волн монохроматора.
С
помощью описанного прибора измеряется вращательная дисперсия образцов с
поглощением до 80%. Предел измеряемых углов вращения ±2°.
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..............................
Т-образные
установки МИСИ..............................................................
V-образные
полярископы.....................................................................
Приборы
для определения угла поворота плоскости
поляризации..
Круговой
поляриметр СМ....................................................................
Автоматический
спектрополяриметр..................................................
Список
использованной литературы......................................................
Оглавление.................................................................................................
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.
Преподаватель
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.
Погрешность
измерения составляет в среднем приблизительно 20'.0
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..............................
Большая
поляризационная установка.................................................
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).
|
|
|
