Способ измерения показателя преломления Советский патент 1985 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения показателей преломления твердых прозрачных сред, в первую очередь оптических стекол, 5

Известен гониометрический способ измерения показателей преломления твердых сред путем измерения угла отклонени:я света одной призмой из исследуемого материала или блоком призм 10 из эталонного и исследуемого материалов . П.

Недостатком способа измерения показателя преломления является невысокая точность в широком спектральном 15 диапазоне измерения.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения показателя П1 еломления, включающий пропускание коллимированного пучка света через 20 У-образную эталонную призму и исследуемьй призматический образец, соединенные с помощью иммерционной жидкости, последующее измерение yrjia отклонения пучка света этой призменной 25 системой и определение по результатам измерений показа.теля преломления исследуемого образца.

В известном способе для того, чтобы уменьшить влияние на погрешность зо измерения клиновидного слоя иммерсий, возникающую при отступлении преломляющего угла исследуемого образца от 90 , а также снизить требования к качеству ее поверхностей, показатель , преломления иммерсии t на данной длине волны Л подбирают близким к показателю преломления п° материала исследуемой призмы. При этом обусловленная клином иммерсии угловая по- д грешностьcf tn-n )dQ (об - norpeusность изготовления угла 90 образца) также стремится к нулю даже при значительном de С 2 .

Недостаток известного способа 45 состоит в трм, что при переходе к измерениям на другой длине волны

из-за существенно разных дисперсий образца и иммерсии величина cff становится значительной. Это приводит к 50 погрешности измерения. Например, при измерении образца стекла К8, имеющего угол 90 , выполненный с погрешностью 1 и при использовании иммерсии, у которой дисперсия лп/р имеет величину } 55

порядка (2-3)10 при переходе от линии F к линии с , возникает погрешность порядка 5-10 рад, что соответствует погрешности показателя преломления порядка (2-3)10 .

Таким образом, известный способ при использовании его в широком спектральном диапазоне приводит к значительной погрешности.

Целью изобретения является повышение точности измерения во всем рабочем спектральном диапазоне и упрощение процесса измерений. .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измеренияпоказателя преломления твердых прозрачных сред, включающему пропускание коллимированного пучка света через V-образную эталонную призму и исследуемьй призматический образец, соединенные с помощью иммерсионной жидкости, последующее измерение угла отклонения пучка света этой призменной системой и определение по результатам измерений показателя преломления исследуемого образца, измеря)от углыотклонения пучка s соответственно для минимальной или максимальной длины волны, из рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель преломления и ;, , равньш показателю прелоьшения и, исследуемого, образца для наименьшей длины волны Л с, из рабочего спектрального диапазона, затем дополнительно измеряют углы отклонения пучка , или соответственно .для минимальной или максимальной длины волны из рабочего диапазона при исг1ользовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель преломления , равньш показателю преломления образца , для наибольшей длины волны Л, из рабочет го спектрального диапазона, а номинальное значение угла отклонения XMQ для любой промежуточной длины волны X рабочего спектрального диапазона находят по формулам

Л.НОМ - XlAiM (

или ,f.( Р-Аб-г-ЛЬ. „

-И)

Хь-Х

и-лс,

Лиьм XHJM измеренные значения угла отклонения для произвольной длины волны рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионных Жидкостей сортветственно с показателям преломления и1, илип1, , A-li На чертеже приведены графики, поясняющие предлагаемый способ измерения . Кривые 1 и 2 показывают дисперсию измеренного углового отклонения при использовании соответственно пер вой и второй иммерсионных жидкостей а кривая 3 соответствует номинальном ходу дисперсии углового отклонения IXHO/W Коэффициенты К и Kg в формуле (1) имеют смысл отнесенных к ширине спектрального диапазона максимальных погрешностей „, и (f9, „„. Таким образом, при изменении Л от Л Дo погрешность измерения cffij изменяется от максимальной величины до нуля- нелинейным образом,Из-за этого применение линейных соотношений (1) приводит к погрешности, являющейся методической погрешностью способа. Для ее оценки воспользуемся двухчленной формулой Коши: п А + В/Д.2(2) Эта формула при расчетах дисперсии органических жидкостей в пределах видимого спектра дает погрешность до нескольких единиц 10. Из (2) для П и п., имеем Ль ь л1 А. А.Ь Так как обе жидкости имеют достаточ но близкие п , ив основном подбирают ся путем разбавления одной исходной жидкости, то поэтому можно положить, что.А А и В В, тогда из (3) следует, что д xs7ll-( . (4) Множитель( при. изменении А отЯс до X в пределах видимой обI ласти спектра изменяется не более, : чем на 10%. Если ее положить равной постоянной величине, то выражение (4) становится линейным. Таким обра зом, аппроксимация действительного хода дисперсии иммерсионных жидкостей линейными соотношениями (1) приводит к методической погрешности, составляющей не более чем 10% oTcff x что на порядок меньше погрешности из-за клина иммерсии в известном способе. Очевидно, что такая незначительная погрешность ( ), получаемая за счет введения дис-персионной поправки при помощи соотношений (1), имеет место при достаточно большой погрешности - 1 выполнения преломляющего угла 90° образца. В известном способе при использовании одной иммерсии достижение такой же величины погрешности d потребовало бы выполнения угла 90 с погрешностью 5 , что практически неприемлемо. Пример. Пусть в видимой об ласти спектра от X -F (480 нм) до с (644 нм) определяется дисперсия стекла марки Ф2 .( 1,629 и п 1,612). Образец выполнен в виде призмы с преломляющим углом 90, изготовленным с погрешностью . : Для проведения измерений предлагаемым способом выбираем две такие жидкости, чтобы показатель преломления первой из них приблизительно (но не хуже 110) совпадал с показателем преломления стекла для ли-. НИИ F , а второй жидкости совпадал для линии С . Этому условию удовлетворяют жидкюсти № 61 и 65 из стандартного иммерсионного набора ИЖ-1: № 61 (ир 1,628; с 1,599);-№ 65 СПр 1,641;п. 1,613). Как следует из условия выбора жидкостей, погрешность измерения из-за клина иммерсии cfj будет пренебрежимо мала (не более 21СГ ) для линии F при использовании жидкости № 61 и для линии С при использовании жидкости № 65. При переходе же от линии F к линии С с использованием известного способа измерения с одной иммерсионной жидкостью (например, № 61) погрешность of становится весьма значительной. Найдем величину этой погрешности: ds(. deanc- :Ct0(.n -n) ; : -lOtl,6« -1,599) йА-10 -1Д1р 4- о. Измерение, проведенное предлагаемым способом с использованием допол иительной иммерсии № 65, позволяет учесть величину этой погрешности олностью для линии С. Поп эавки же ля промежуточных значений Л.вычисяют из линейных соотнош- ний (1). ри этом методическая погрешность з-за отступления от линейной зависиости будет не более 10%, т.е. не более , что соответствует погреш иости -vZ lO. Такйм образом, предлагаемьй способ поэврляет более чем на порядок . 5 увеличить точность измерения показателя преломления в широком диапазоне спектра, при этом одновременно снижаются требования к точности выполнения преломляющего угла исследу|емого образца, т.е. при упрощении процесса измерений.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛ01 ШЕНР1Я твердых прозрачных сред, включащий пропускание коллимированного пучка света через V-образную эталонную призму и исследуемый призматический образец, соединенные с помощью иммерсионной жидкости, последующее |измерение угла отклонения пучка света I этой призменной системой и определение по результатам измерений показателя преломления исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повьщгения точности измерения во всем рабочем спектральном диапазоне и упрощения процесса измерений, измеряют углы отклонения пучка или соответственно для минимальной или максимальной длины волны из рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель преломления пЦ , равный показателю . преломления п. исследуемого образца для наименьшей длины волны § из . рабочего спектрального диапазона, затем дополнительно измеряют углы отклонения пучка - или f., соответственно для минимальной или максимальной длины волны, из рабочего диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель преломления ч. ,равный показателю преломления образца п. для наибольшей длины волны Хц из рабочего спектрального диапазона, а номинальное значение угла отклонения для любой промежуточной длины волны X рабочего спектрального диапазона находят по формулам (Л КнОМ ) ИЬ или где v PXbfXb Ksgxs К, т-- X. & .л.-. , измеренные значения угла ЮА л ИЙЛ1 л WJjm 00 отклонения для произвольной длины волны рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионных а жидкостей соответственно с показателями преломления п или п ,

У

А

А

X