Рефрактометр Советский патент 1990 года по МПК G01N21/45 

И

испо. ческ вани

личи

пока миче и

прел

НОСТ1

метр Н, схем1

юбретение относится к области изме1)ительной техники и может быть гьзовано в области оптико-физи- IX и физико-химических исследодля определения абсолютных ве- I показателей преломления жидких, твердых и газовых сред, разности в

}ателях преломления различньЬс хи- ;ких веществ, а также дисперсии

1ИЯ изменения показателя змления.

изобретения - повьшение точ- I интерференционного рефрактоЦиль

1.

I фиг.1 изображена оптическая рефрактометра; на фиг.2 и 3 .то же, варианты выполнения; на фиг.4 и 5 - системы интерференционных колец соответственно без образца и при его внесении.

Рефрактометр содержит интерферо- метр Фабри-Перо, образованный зеркалами 1 и 2, и дополнительный интерферометр Фабри-Перо, образованный зеркалами 3 и 4. Одно из зеркал ос- новного интерферометра снабжено ме- . ханизмом 5 линейного перемещения. Источник 6 монохроматического излучения оптически связан с обоими интерферометрами. Эти связи могут быть выполнены различным образом (фиг.2 и 3). Полупрозрачное зеркало 7. усо:

О:

00

ел

00

тановлено в месте пересечения осей интерферометров под углом 45 к ним или в месте пересечения выходящих из них лучей (фиг.2 и 3) и оптически связано с блоком 8 регистрации. На фиг.2 входы интерферометров оптически связаны с источником 6 монохроматического излучения посредством полупрозрачного зеркала 9 и отражающих зеркал 10 и 11,.Оптические оси устанавливают взаимно перпендикулярно за пределами интерферометров при помощи отражающих зеркал 12 и 13, На фиг.З оптические оси интерферометров пересекают при помощи одного отражающего зеркала 14. В основном интерферометре установлена кюйета 15 для образца. Техническое решение по схеме на фиг,1 обеспечивает более компактную конструкцию. Размещение полупрозрачного зеркала 7 в месте пересечения взаимно перпендикулярных оптических осей обоих интерферометров под углом 45° позволяет изменить направление распространения : интерферирующих пучков и совместить обе интерференционные картины в одной плоскости в блоке 8 регистрации, Исследуемьй образец, если это твердое тело, имее вид плоскопараллельной пластины, В том случае, если определеляется показатель преломления жидкой или газовой среды, она заключается в кювету 15 с плоскопараллельными окнами,: В последнем случае области дисперсии обоих интерферометров выравниваются перед началом измерений в присутствии в одном из интерферометров кюветы 15 (без исследуемой среды). Сказанное справедливо также и при применении кювет в схемах на фиг.2 и 3,

Рефрактометр работает следующим образом.

Излучение от монохроматического источника 6 направляется в интерферометр, образованньпЧ зеркалами 1 и 2 и одновременно с помощью полупрозрачного зеркала 7 - в дополнительный интерферометр, образованный зеркалами 3 и 4. После прохождения обоих, интерферометров пучки лучей с помощью полупрозрачного зеркала 7 направляются в блок 8 регистрации, где можно наблюдать с помощью автокаллимато- ра (не показан) совмещенную от обо- их интерферометров картину, представляющую собой две системы колец равного наклона. Перед началом измерений.

/

в отсутствие в основном интерферометре образца, с помощью механизма 5 линейного перемещения регулируют базы обоих интерферометров до совпадения в них значений длины оптического пути. В этом случае расстояние d( . между зеркалами 1 и 2 равно расстоянию d между зеркалами 3 и 4, т.е, : области дисперсии . &- обоих интерферометров при d d равны

д;) -1

2d,.n

V

(1)

/

где Пд - показатель преломления среды, находящейся между зеркалами 1, 2 и 3, 4. При этом в плоскости наблюдения блока 8 регистрации образуются две системы совпадающих друг с другом интерференционных колец (фиг,4), Погрешность совмещения интерференционных картин при визуальном наблюдении оценивается 3 . интерференционной полосы. При фотоэлектрической регистрации относит.ельная погрешность уменьшается до 2-10 . После внесения в основной интерферометр исследуемого образца между зеркалами 1 и 2 появляется дополнительная разность хода лучей, вследствие чего область дисперсии .этого интерферометра уменьшается. Это вызьшает в плоскости наблюдения относительное смещение систем.интерференционных колец от обоих интерферометров (фиг .,5). Уменьшая базу интерферометра перемещением зеркала 2 на величину If, уравнивают области дисперсии обоих интерферометров, добиваясь совмещения обеих систем интерференционных колец. Общая картина в плоскости наблюдения возвращается к исходному положению, изображенному на фиг,4, После этого показатель преломления образца определяют по формуле

Обр

(1 + iM-n, (2)

где 1, - величина изменения базы основного интерферометра, компенсирующая оптическую разность хода после внесения образца;

толщина исследуемого образца.

Аналогично определяется показа- тель преломления жидкой или газовой среды, находящейся в кювете. Отличие состоит в том, что до начала измереh лу

из лерения

ДУ«а

л,1(Г

то

ПО1

и J

реши

НИИ базы обоих интерферометров Фабри- Перо уравнивают с учетом оптического пу|ти в окнах кюветы.

За -счет сведения обеих систем интерференционных полос в одну плоскость и их совмещения повышается точность определения показателя прелом- ле ПИЯ. Основными составляющими пог- репностей входящих в расчетную форму- (2) величин являются погрешности

показателя преломления воз- njjC vlCr ) и погрешности измерений длин. Анализ этих погрешностей их значение, равное при

1,5, 1, 20 мм, h 20 мм. Применение в оптических схемах для измерения длин лазерных интерферометрои позволяет повысить точность опре- дeJtIeния показателя преломления до

- 10- .

Рефрактометр позволяет повысить :ность определения оптического tазателя преломления на 2-4 порядка значительно упростить процесс измеПри этом исключается влияние температуры на стабильность измересокращается время измерения и полностью автоматизируется процесс измерения оптического показателя прелом пения твердых, жидких и газовых ерец. Применение в оптической схеме рефрактометра одновременно двух ин тер ерометров Фабри-Перо.позволдет

16

1608508

0

производить сравнительный анализ различных химических веществ, дает возможность определять направление изменения показателя преломления.

Формула изобретения Рефрактометр, содержащий источник .монохроматического излучения, интерферометр Фабри-Перо, одно из зеркал которого снабжено механизмом линей-; ного перемещения, и блок регистрации, при этом вход интерферометра Фабри- Перо оптически связан с источником

5 ° ° Р° ческого излз чения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в рефрактометр введены полупрозрачное зеркало и дополнительный интерферо0 метр Фабри-Перо, аналогичный первому, установленный так, что его оптическая ось перпендикулярна оптической оси основного интерферометра Фабри- Перо, при этом полупрозрачное зеркало установлено под углом 45 к оптическим осям обоих интерферометров в месте переселения этих осей, а вход дополнительного интерферометра Фаб- ри-Перо оптически связан через полупрозрачное зеркало с источником монохроматического излучения,.при этом блок регистрации установлен на выходе дополнительного интерферометра Фабри-Перо.

5

0

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в оптико-физических и физико-химических исследованиях для определения абсолютных величин показателей преломления жидких, твердых и газовых сред. Целью изобретения является повышение точности измерений показателя преломления. Рефрактометр содержит два интерферометра Фабри-Перо с одинаковой областью дисперсии, регулируемыми базами и сопряженными через полупрозрачное зеркало взаимно-перпендикулярными оптическими осями. При измерениях исследуемый образец помещают в один из интерферометров Фабри-Перо и сравнивают две интерференционные картины, образующиеся в интерферометрах Фабри-Перо с образцом и без него. Уравнивают порядки интерференции путем компенсации оптического пути, а показатель преломления определяют из отношения скомпенсированной разности хода лучей к толщине исследуемого образца. 5 ил.

,

Г-