Авторы: М.С. Астапович, А.Н. Архангельский Калориметрический метод измерения коэффициента объемного поглощения света
в высокочистых оптических материалах
Источник: http://www.mephi.ru/molod/molod_2009/docs.php?SECTION_ID=1289&ELEMENT_ID=7721
М.С. Астапович, А.Н. Архангельский Исследование бесконтактного метода определения теплотворной способности газа. Предложен и опробован новый метод калибровки такой установки. Проведено сравнение полученных с помощью этой установки результатов измерений коэффициентов объемного поглощения в образцах из кварцевого стекла марки КУ-1 с известными для такого материала значениями оптических потерь. С помощью созданной установки измерены коэффициенты объемного поглощения в теллуритных стеклах. Показана необходимость изучения вклада рассеяния в оптические потери в таких стеклах. Предложен метод измерения рассеяния света в высокочистых оптических материалах с помощью указанной установки.
Создана установка для калориметрических измерений объемного поглощения света в высокочистых оптических материалах в пределах 10 -2 –10 -5 см -1 . Предложен и опробован новый метод калибровки такой установки. Проведено сравнение полученных с помощью этой установки результатов измерений коэффициентов объемного поглощения в образцах из кварцевого стекла марки КУ-1 с известными для такого материала значениями оптических потерь. С помощью созданной установки измерены коэффициенты объемного поглощения в теллуритных стеклах. Показана необходимость изучения вклада рассеяния в оптические потери в таких стеклах. Предложен метод измерения рассеяния света в высокочистых оптических материалах с помощью указанной установки.
Создана установка для измерения калориметрическим методом коэффициента объемного поглощения света в высокочистых оптических материалах в пределах 10 -2 –10 -5 см -1 .
Установка состоит из источника излучения (лазер), термостата (калориметр) и измерителя мощности. Калориметр служит для уменьшения влияния окружающей атмосферы на стабильность измерения температуры. Измеритель мощности – Ophir Nova II с датчиком Ophir 3A-P-SH-V1 В качестве лазеров были использованы непрерывные волоконные одномодовые лазеры, их параметры приведены в таблице.
| Центральная длина волны излучения, нм | Максимальная выходная мощность, Вт |
1064 |
4,5 |
1560 |
2,2 |
1975 |
2,0 |
Коэффициент объемного поглощения определяется из скорости нагрева образца под действием проходящего через него излучения:
где m, с, L – масса, теплоемкость и длина образца, n – коэффициент преломления, Pвых – мощность лазерного излучения, прошедшего через образец, dT/dt – скорость нагрева образца. Скорость нагрева может быть определена линейной аппроксимацией начального участка нагрева образца, а также экспоненциальной аппроксимацией всего нагрева. При больших значениях коэффициента объемного поглощения эти способы имеют одинаковую точность. Однако при малых значениях коэффициента объемного поглощения применение экспоненциальной аппроксимации позволяет увеличить точность определения коэффициента объемного поглощения.
Автоматизация установки и применение современных математических методов обработки получаемых с калориметрической установки данных позволило применить экспоненциальную аппроксимацию без увеличения временных затрат на измерения.
Нагрев облучаемого образца определялся с помощью термопары медь-константан (диаметр проволоки ~ 50 мкм) относительно точно такого же образца, не подвергающегося воздействию лазерного излучения. Для преобразования сигнала термоэдс термопар в милливольтах в реальные значения дифференциальной температуры образцов в кельвинах калориметр подвергался калибровке, поскольку истинная температура на поверхности образца Tпов отличается от температуры, измеряемой с помощью термопары Tизм, а именно измеряемая температура всегда ниже истинной, в частности, из-за конечности размеров спая термопары и неидеальности его теплового контакта с поверхностью образца. Предложен новый метод калибровки с помощью ртутного термометра. Метод позволяет компенсировать вышеуказанное несоответствие температур при калибровке и обеспечивает идентичность теплового контакта термопары с термометром и образцом.
Предложен метод измерения рассеяния света в высокочистых оптических материалах с помощью указанной установки: непосредственно на измеряемые образцы наносится покрытие, поглощающее рассеянный в образце свет. В подготовленном таким образом образце калориметрическим методом на вышеуказанной установке измеряются полные оптические потери. Путем сравнения полученных потерь с коэффициентом объемного поглощения определяется величина рассеяния света в образце.