Интерференционный способ измерения абсолютного коэффициента преломления Советский патент 1993 года по МПК G01N21/45 

1

(21)4226031/25

(22)10.04.87

(46)30.1133 Ьоя,№ 43-44 (72) Бондаренко АН.

(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ

(57) Изобретение относится к интерференционным методам измерения абсолютного коэффициента преломления твердых, жидких и газообразных сред в неорганиченном диапазоне частот электромагнитного излучения и может быть использовано в метрологии для создания Государственных эталонов и средств высших разрядов измерения абсолютного коэффициента преломления для научных исследований в медицине, биологик фармакологии, химии, гидрофизике, теплофизике, а также в промышленности для контроля оптических свойств различных сред Целью иэобетения является повышение точности и упрощение измерений В вакуумной камере 2 создают интерференционную картину от широкополосного источника 6 электромагнитного излучения Затем, в одно из плеч интерферометра. 1 вводят исследуемый образец 12 с известной толщиной h и перемещением отражательного элемента 5 интерферометра 1 повторно создают интерференционную картину с одновременным измерением величины AL этого перемещения а абсолютный коэффициент преломления вычисляют по формуле h-1+AL/h. Поскольку, точность фиксации интерференционной картины определяется длиной AI когерентности излучения широкополосного источника б как Ate с/2Дь (где с - скорость света, а Аи - полоса излучения источника 6),

то при Avt 3 1014 Гц достигается точность измерения абсолютного коэффициента преломления

Ап/п-в-Ю. 2 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения абсолютного коэффициента преломления интерференционным методом, в частности, для измерения оптических свойств твердых сред.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение измерений.

На фиг.1 изображен схематически один вариант устройства для реализации способа; на фиг.2 - второй вариант устройства.

Устройство (фиг.1) содержит интерферометр 1, заключенный в вакуумную камеру 2 и образованный оптически связанными опорным отражательным элементом 3, делительным элементом 4 и подвижным отражательным элементом 5, образующим измеряемое плечо интерферометра 1. Вход интерферометра 1 оптически связан с источником 6 широкополосного электромагнитного излучения через конденсор 7 и прозрачное окно 8 вакуумной камеры 2. Выход интерферометра 1 связан с регистратором 9 интерференционной картины через прозрачное окно 10 камеры 2. Вакуумная камера 32 снабжена подвижным держателем 11 образца 12 с возможностью введения последнего, например, в измеряемое плечо интерферометра 1. Подвижный отражательный элемент 5 вмонтирован в торец штока 13, который связан с механизмом 14 перемещения и измерителем 15 перемещения механического типа.

Во втором варианте устройства для реализации способа (фиг.2) для повышения точности измерения коэффициента преломления измеритель 15 перемещения выполнен в виде заключенного в вакуумную камеру 16 второго интерферометра 17, образованного делительным элементом 18, опорным отражательным элементом 19 и вмонтированным з противоположный торец штока 13 отражательным элементом 20. Вход интерферометра 17 оптически сьязан с источником 21 лазерного излучения через прозрачное окно 22 вакуумной камеры 16. Выход интерферометра 17 через прозрачное окно 23 вакуумной камеры 16 оптически связан с фотоприемником 24. выход которого подключен к регистратору 25 перемете ния.

Отражательные элементы 3. 5, 19 20 интерферометров 1 и 17 выполнены в виде уголкового отражателя. Широкополосный источник 6 электромагнитного изл/чения выбирают в зависимости от частотного диапазона прозрачности исследуемого образца 12. Например, для оптически прозрачных образцов может быть использована лампа ДАЦ-50, а дпя непрозрачных сред рентгене вскэя трубка типа 4 БТМ 3 250 В кя т-стве

источника 2i лазерного излучения использован лазер ЛГ-78. В качестве измерителя 15 перемещения механического типа использован прибор ИЗВ-1. обеспечивающий диапазон измерений перемещений 0-250 мм и предельно допустимую погрешность

измерения перемещения (1,4 + тип ) мкм,

где L - величина перемещения. Механизмом перемещения 14 служит винт с микрометрической резьбой. В качестве регистратора 9 интерференционной картины использован приемник электромагнитного излучения с соответствующей областью спектральной чувствительности с токоизмерительным прибором (например, для белого света используют фотодиод ФД- 2 К i с микроамперметром М-24, а также

для визуальной регистрации интерфе- лечционной картины). В качестве фотопри- о: 11ика 24 используют фотодиод ФД-21 КП. Способ осуществляют следующим образом. Для создания интерференционной картины в вакууме освещают интерферометр 1 источником 6 широкополосного излучения через конденсор 7 и прозрачное окно 8. Перемещением отражательного элемента 5 с помощью механизма 14 перемещения добипзются получения интерференционной картины без образца 12. Появление интерференионной картины фиксируется регистратором 9. При этом оптическая разность плеч А I интерферометра (разность

оптических путей от делительного элемента 4 до опорного отражательного элемента 3 и от делительного элемента 4 до подвижного отражательного элемента 5) не превосходит 0,1 мкм, так как появление интерференционной картины происходит при условии

Av,

45 откуда

ДК

1010см/с

где с - скорость света,

Av- ширина спектра источника 6.

При Ду 1.5- 1015Гц, с 3

получаем AI 0,1 мкм. Затем на пути одноfo из интерферирующих лучей помещают

исследуемый плоскопараллельный образец 12 с известной толщиной h образца вдоль направления луча. Перемещением подвижного отражательного элемента 5 с помощью механизма 14 повторно добиваются получения интерференционной картины. Одновременно измерителем 15 механического типа фиксируется величина этого перемещения, которая соответствует изменению AL разности хода интерферирующих лучей при внесении образца, равной Д1 h(n-1). От- куда коэффициент преломления

п 1 +

AL h

где AL измеряется измерителем 15 перемещения.

Измерение величины перемещения подвижного отражательного элемента 5 для повторного получения интерференционной картины (после внесения образца 12) производится с помощью интерферометра 17, освещаемого источником 21 лазерного излучения через прозрачное окно 22 вакуумной камеры 16. При перемещении штока 13 отражательными элементами 5 и 20 с помощью механизма 14 на выходе интерферометра 17 наблюдаются периодические изменения интенсивности, которая фотоприемником 24 преобразуется в электрический сигнал, поступающий на вход регистратора 25 перемещения. Регистратор 25 перемещения вычисляет величину Д| измерения разности хода интенферирую- щих лучей интерферометра 1 при внесении образца 12. Определение коэффициента п преломления осуществляется также, как и при работе устройства по фиг.1, т.е. п 1 +

+ AL h

Формула изобретения

о

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ, включающий формирование в интерферометре с подвижным отражателем интерференционной картины, изменение разности хода интерферирующих лучей путем внесения исследуемого плоскопараллельного образца с известной толщиной h в интерферометр и его компенсацию путем перемещения отражателя интерферометра с одновременной регистрацией этого пере5

0

5

0

5

Погрешность измерения абсолютного коэффициента преломления равна 6 -Ю8. При этом абсолютный коэффициент преломления будет измерен для среднего значения диапазона спектральной чувствительности фотодиода ФД-21 КП, т.е. для длины волны 0,77 м (красная область).

Изобретение применимо как к твердым средам, так и к жидкостям и газам без существенных изменений. Для измерения абсолютного коэффициента преломления жидкостей и газов следует вместо образца 1-2 закрепить на держателе пустую кювету с известной толщиной h между ее внутренними стенками, ввести пустую кювету в плечо интерферометра и перемещением штока 13 получить интерференционную картину. Затем необходимо заполнить кювету исследуемой жидкостью или газом и перемещением штока 13 повторно добиться получения интерференционной картины с одновременным измерением величины AL перемещения штока 13, по которому вычисляют абсолютный -коэффициент преломления.

(56) Авторское свидетельство СССР № 730087, кл. G 01 N 21/45, 1973.

Буслаева В.Е. и др. Государственный первичный эталон единицы показателя преломления. - Измерительная техника, Мг 4, 1985. с.3-4.

35

мещения, по которому судят о коэффициенте преломления исследуемого образца, отличающийся тем. что, с целью повышения точности и упрощения измерений, интерференционную картину формируют из двух лучей в .вакууме в белом свете, исследуемый образец вносят в один из интерфе-. рирующих лучей, а отражатель

интерферометре перемещают на величину Д1. соответствующую повторному получению интерференционной картины, причем коэффициент преломления п исследуемого материала определяют по формуле

п 1 + Д1/Ь.

II/ IllirfU

;, №h

мм /и u,J:fl

n

J&

1 я

«

:н