Способ измерения показателя преломления светорассеивающей среды Советский патент 1986 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к физилес- кой оптике и может быть использовано для измерения показателей преломления различных светорассеи-- вающих сред, таких как растворы, суспензии, газовые среды.

Целью изобретения является повышение точности измерения показателя преломления светорассеивающих сред.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг,2 - схема устройства.

Блок-схема устройства содержит следующие блоки-операторы, размещенные последовательно: излучательный блок , светоделительный блок 2 блок 3 нейтральных ослабителей оптического излучения, блок 4 компенсации разности хода разд(глекных пучков S поляризационные блоки 5, исследуемое вещество 6, фильтрующий блок 7, смесительный блок 8, блок- анализатор 9 поляризации и фото - злек трический блок 10 регистрации.

Устройство содержит источник 1J излучения, светоделитель 12,, зеркала 13, нейтральаш ослабитель 14, компенсатор 15 разности хода лучейэ состоящей из -подвижного и неподвижного фазовых клиньев, смеситель 16 пучков 5 которые в совокупности составляют интерферометр. Наряду с этими элементами устройство содержит поляроиды 7 и пластинки /4 18, составляющие поляризационны блоки, объективы 19 и 20 л диафрагму 2, составляющие оптический фрщьтрующий блок f модзшятор .22 Фа- pa,qeHj анализатор 23 линейной поляризации, составляющие блок-анализатор поляризации и фотозлектри- ческий блок 24 регистрации.

Размер диафрагмы 2 выбирается Б соответствии с размером первого дифракционного минимума в картине Эйри из условия:

J ,22 . , где (3 - диаметр диафрагг-зьи,

К - длина волны излз чения;

1- фокусное расстояние объектива 19;

2- рабочий диаметр объектива

19.

На вход устройства поступает оптческий сигнал, который разделяется светоделителем 12 на две составляющие, С помощью поляровдов 17 и пластинок /4 18 в двух канэлак интерcpepof-ieTps. задаютс.-; взаимно ортого-- н;альные циркулярио поляризоБанные сос газляющие поля,- В объектном канале -интерферометра располагается

кювЕта 23 со срецой, зые гупающей в качестве осноьь (матридь;) рассеиваю- цдей среды (например, дястиллироваг-;- ная вода , В :-) гои рассеяние И-злучения не происходит.; ,&. все

излучение, прош едшее через среду,

объективом 9 С0(5ирается в его фокусе к проводит через диафрагму 21. расположение и форма которой полностью соответствует форме фокальног о пятна

излучения, Объектив 20 для ко ишмации излучения прошедшего диафрагму 21 , Компенсатор 5 разности хода, служит для выравнивания оптического пути т, В объектном и

опорном кангшах, В этом случае на выходе устройства интерференционная картина отсутствует, поскольку ортогонально поляризоЕз.нные световые не интерфе -р.ируют... С 1--;марпое

светово.е поле на .выходе устройства характеризуете.-..: некоторой детермини- ро. згнмой пол-яриоагги-зй,. В С-пучае равноинтексив.кых взаимно сртогональ- Hbns циркулярных поляризаций поляриза-и.кя результирутаще.го излучения линейна к характеризуется некот-эрым а2ш-;у ток,. При добавлении Б к ОБету рассенвателя в поле ,

исследуекуто среду наряду

с регу.пярной ч.ас г ыо наблюдается рас- сеяное язяуч гсие., Фкпьт1эук1щее уст™ ройсп-ю. служит для ; ь делекн:з егуляр- ной части излучения i Б зезультате реш1иза лии актов рассеяния и фильтpaifKH сншгсается кктенсквяость излу- . попадающег О на смес;1-ггел:ь 16 п учко к: по объектному каналу интео-- AepcM Tna. Чо этой причине в опор- чог ;гаиале интерферометра используе ;-;-;я набор нсйтр альных светофи.льт- 3 11озвол.я:юп5их выравнивать -1Нтен- гквностъ двух состаБЛяюти:;: которые пог;а, на смесктель 1 6 пучков „ ол.яризационный б-иок-анализатор

зместй с фотоэлектрическим блоком р ;т истрации служат для изме.рэния аз1змута лин;ейной поляризации резуль- TKpyiOTiiero излучения Ка модулятор Фарадея подается переменное синусоидальное напряжение определенной частоты V ,. с. помощью чего раскач и- .вается плоскость поляризации ре- зу..пьтир ующего излучения, Вр.ащая ана3

лизатор линейной поляризации, доби- ваются удвоения частоты 2Э сигнала, регистрируемого фотоэлектрическим блоком. Снимая отсчет по лимбу анализатора, находят азимут линейной поляризации об результирующего излучения.Возникшая в результате внесения рассеивающих частиц в сред разность азимутов поляризации ai-oio функционально связана с наведенной разностью хода лучей в плечах интерферометра соотношением:

- - Збо.

где , 6р - толщина кюветы.

Таким образом, формула для определения показателя преломления запсывается в виде: / , ,„ {(i+rfo 1

h П„+лп 11,,)

° 360°еа

где - показатель преломления связующей среды-матрицы.

Тип поляризации результирующего излучения очень чувствителен к варициям разности хода лучей в плечах интерферометра. Даже при изменениях разности хода значительно меньших Л тип поляризации существенно изменяется, В способе используются взаимн ортогональные циркулярные поляризации составляющих поля, что дает линейную поляризацию результирующего излучения с определенным азимутом поляризации. При возникновении добавочной разности хода между ортогональными компонентами на величину Ti азимут линейной поляризации результирующего поля изменяется на 360°. Поскольку азимут поляризации можно измерять с точностью до секунд, то, соответственно, точность измерения разности хода л2 составляет величину 10 , а точность измерения изменения показателя преломления будет соответственно

lo S/e.

При оптическом смешении двух пучков с ортогональными циркуляционными поляризациями поляризация результирующего пучка будет линейной только в случае равенства интенсив- ностей пучков. Если же интенсивности пучков не равны, то в результате получаем эллиптическую поляризацию . Азимут линейной поляризации излучения определяется с большей точностью, нежели азимут эллиптической,

133974

Это связано с тем, что в случае эллиптической поляризации излучения определение максимума сигнала в регистрирующем блоке, по которому 5 судят об азимуте поляризации, затруднено наличием фонового сигнала, обусловленного отличием поляризации излучения от линейной. Это является следствием закона Малюса.. 10 Согласно закону Малюса интенсивность линейно поляризованного излучения, прошедшего анализатор, опредет ляется из соотношения:

15

0-3„-С05, ,

где , - угол между плоскостью поляризации излучения и осью анализатора.

20 Б случае эллиптически поляризованного излучения

30 „-соб И о2 Со5 (90°-о,) -Toi COS ci, + Зог-sin ot, ,

25 где Зд, - соответствует 0 большой папу

оси эллипса поляризации; ог малой полуоси эллипса. Погрешность измерения системы определяется величиной J3 /dot,, что в 30 случае линейно поляризованного излучения составляло:

dJ/doi., 20о-С05сг,. б шоб, ,

35 а в случае эллиптически поляризованного излучения она будет:

dvl/das, 23(j,-co5 ci,-6inoi,4- 23o2-co5oi,

KsincxL, 2(3o,Op.j co5o{,i eirjoL, . 40

Интенсивность Зд, , соответствую-, щая большой оси эллипса поляризаций в нашем случае равна I D - интенсивности линейно поляризованного излу- 5 чения, а интенсивность З , соответствующая малой оси эллипса поляризации, равна разности интен-. сивностей между смешиваемыми пучками

Таким образом, вьфавнивание ин- тенсивностей смешиваемых пучков устраняет эллиптичность результ- рующего пучка, а следовательно, повышает точность измерения.

55

Формула изобретения

Способ измерения локазателя преломления светорассеивающей среды.

включающий расщепление поля оптического излучения на две составляющие, помещение исследуемой среды на пути одной из составляющих, оптическое смешение двух составляющих поля на выходе излучения из образца и определение показателя преломпения, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, после расщепления поля оптического излучения формируют взаимно ортогональные циркулярные поляризации расщепленных составляющих поля, а после прохождения через исследуемую среду части излучения вьщеляют из нее нерассеянное и однократно рассеянное в направ- лении распространения излучение,выравнивают интенсивности этой части излучения и не проходящей через исследуемую среду части излучения, а затем осуществляют их оптическое смешение и по результатам его регистрируют поворот плоскости поляризации результирующего поля, по которому определяют показатель преломления исследуемой среды.

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для измерения показателей преломления различных светорассеи- вающих сред, таких как растворы, суспензии, газовые среды. Способ включает расщепление поля оптического излучения на две составляющие, формирование взаимно ортогональных циркулярных поляризаций расщепленных составляющих поля, помещение исследуемой среды на пути одной из составляющих. После прохождения через исследуемую среду части излучения выделяют из нее нерассеянное и однократно рассеянное в направлении распространения излучение, выравнивают интенсивности этой части излучения и не проходящей через исследуемую среду части излучения, а затем осуществляют их оптическое смешение . По резульатам смешения регистрируют поворот плоскости поляризации результ1фующего поля, по которому определяют показатель преломления исследуемой среды. 2 шт. i Л

Фиг.1

12

П

15

Составитель С.Голубев Редактор Р.Цицика Техред 3.Палий Корректор С,Черни

Заказ 777/54 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ..СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Филиал ПИП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

11 П