Способ определения показателя преломления материала Советский патент 1991 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломления материалов.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых материалов, а именно обеспечение исследования рассеивающих материалов с шероховатой поверхностью, например лакокрасочных покрытий.

Способ осуществляется следующим образом.

Освещают исследуемый материал направленным линейно поляризованным монохроматическим потоком. При этом материал помещают поочередно в две среды с различными показателями преломления, например в воздух и в воду, после регистрации интенсивности отраженного материалом излучения определяют коэффициенты яркости материала в каждой среде в фиксированном направлении, лежащем в центральной части индикатрисы рассеяния, например, проходящем через максимум индикатрисы рассеяния, при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации освещающего потока, затем

4

к;

ОС СС Ј

измеряют угол между направлениями облучения и наблюдения. Показатель пре ломления п вычисляют из уравнения

Р«() Pl4-A J: m

, 0) Ргн-Ри

п„ - показатели преломления

р4

где п

1

10

Р

111

Р

11

Р

,(n,n,i,Q), г(п,п2,9;

первой и второй сред; 9 - локальный угол падения, равный половине угла между направлениями облучения и наблюдения; коэффициент яркости материала при расположении 5 материала в первой среде с показателем преломления п и приеме на поляризации, параллельной поляризации падающего 20 потока;

коэффициент яркости материала при расположении материала в первой среде с показателем преломле- 5 ния п и приеме на поляризации, ортогональной полярчзапии падающего потока;

коэффициент яркости ма- зд териала при расположении материала во второй среде с показателем преломления n и приеме на поляризации, параллельной поляризации падающего потока;

коэффициент яркости материала при расположении материала во второй де с показателем преломления п2и приеме на поляризации, ортогональной поляризации падающего потока; 5

2.П

френелевскче коэффициенты отражения (энергетические) от поверхности материала в первой и второй средах соответственно.

Для освещающего потока, поляризоанного, например, перпендикулярно лоскости падения, t

50

p;(n,n,, В)

Cos0(2

n

Cos 8 +(- - Sin 9) ..

Г1 .

55

i 1,2.

(2)

5

Q 5

0

5

Внешняя составляющая рассеянного лучистого потока формируется шероховатой поверхностью материала, которую можно представить в виде совокупности плоских фацетов, ориентированных под различными углами. Размеры фацетов существенно превышают длину волны оптического излучения, так что дшрракцион- ные эффекты пренебрежимо малы и отражение излучения от каждого фацета описывается формулами Френеля, связывающими коэффициент зеркального отражения с показателем преломления и локальным углом падения. Внешняя составляющая потока в каком-либо направлении формируется только теми фацетами, нормаль к которым совпадает с биссектрисой угла, заключенного между направлениями на излучатель и приемник, так что локальный угол падения излучения на фацеты равен половине угла между напраялениями на излучатель и приемник .

На внешнюю составляющую рассеянного лучистого потока накладывается внутренняя составляющая, обусловленная рассеянием излучения толщей материала. Интенсивность этой составляющей зависит не только от структуры материала, но и от показателя преломления и шероховатости поверхности материала, а также от угла падения.

Внутренняя составляющая рассеянного лучистого потока неполяризована, а внешняя составляющая полностью поляризована и сохраняет поляризацию падающего потока, если падающий поток поляризован перпендикулярно или параллельно плоскости падения.

Отсюда следует, что, во-первых, при облучении материала линейно поляризованным лучистым потоком внешняя составляющая коэффициента яркости, характеризующая внешнюю составляющую рассеянного потока, может быть определена как разность Кп fyj коэффициентов яркости |% „ , jS)j при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к поляризации падающего потока и, во-вторых, индикатриса внешней составляющей коэффициента яркости не зависит от отношения показателей преломления поверхности материала и среды, в которую помещен материал. Следовательно, если

51642334

расположить материал поочередно в двух прозрачных средах с показателями преДля пустой кюветы с ЛКП измерили коэффициенты яркости на параллельной

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломления материала. Цель изобретения - расширение класса исследуемых материалов. а именно обеспечение исследования рассеивающих материалов с шероховатой поверхностью. Материал освещают направленным линейно поляризованным монохроматическим потоком, регистрируют интенсивности отраженного излучения. При этом материал помещают поочередно в две среды с различными показателями преломления, измеряют коэффициенты яркости материала в каждой среде в фиксированном направлении при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к освещающему потоку, а вычисление показателя преломления выполняют из уравнения, связывающего измеренные значения коэф- Q фициента яркости с отношением фре- нелевских коэффициентов отражения материала в двух указанных средах. 1 табл. (/ С

ломления п

А

п

и определить внешние

и ортогональной поляризациях fb{, А. Поскольку величины р ( , отличаются от действительных значений

иях $,.,, Р«« Pu

коэффициентов яркости ЛКП ч воздухе А$ц, ft.i, то необходимо знать коэффициент пропускания пустой ккзеты х;,на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к поляризации падающего потока. Величины ft |( , з j

составляющие коэффициентов яркости для обоих случаев (Ь ftnn ft 2.1 при постоянных углах падения и наблюдения, то отношение этих внешних составляющих будет равно отношению френелевских коэффициентов от- j0 (этот коэффициент пропускания измери- ражения материала, что приводит к фор- ли заранее при аттестации кюветы)„ муле (1). Погрешность определения показателя преломления поверхности материала из (1) будет тем меньше, чем Теперь в кювету налили воду и изме- больгае разности коэффициентов яркости J5 рили коэффициенты яркости /i 2« P2.J. ftitl Ь U и ПОЭТОМУ с этой кюветы с расположенным в ней ЛКП этой точки .ренчя следует устанавливать приемник ближе к максимуму индикатрисы рассеяния.

Пример. Для определения пока- 20 отличаются от действительных значений зателя преломления поверхности лако- коэффициентов яркости в воде flzn красочного покрытия (ЛКП) , наиесенно- , Ь ц ввиду отличия от единицы го на плоскую пластину, на длине вол- фициелта пропускания кюветы с водой ны 0, 63 мкм использовали гонифотометр Ј2 (коэффициент Јг измерили заранее с регулировкой поляризации на излуче- 25 при аттестации кюветы). ние и на прием. На поворотный столик гониофотометра установили цилиндрическую кювету с прозрачными стенками. В кювету поместили исследуемую пластинку так, чтобы вертикальная ось кюветы, 30 совпадающая с осью поворотного стола, проходила через исследуемую поверхность ЛКП. Осветили ЛКП монохроматическим пучком света на длине волны 0)63 мкм. Угол падения установили рав- j ным 45 , Поляризацию падающего потока установили перпендикулярно к плоскости падения (плоскость падения перпендикулярна оси кюветы). Разместили приемник в плоскости падения так, чтобы 40 угол между направлениями на излучатель и приемник был равен 90°, при этом локальный угол падения будет равен

.

В рассматриваемом примерз результаты измерений таковы:

Ј,„ 0,68; (% 0,13; и, 0,85:

j%a,, п V

Вычислили по формуле (1) отношение коэффициентов отражения

Р .u fyjliiLy-- , ii

Р („-/3 7 V

2i68:0i1.3 0А90 , fi 0,21-0,12 0,85

Воспользовались табличной зависимостью отношения /), / (Ог. от величины п в соответствии с (2) при п4 1, п, 1,33, & 45°.

из которой при р(/Р2 получили п 1,55.

В исследованном ЛКП связующим служила пентафталевая смола, которая, согласно литературным данным, имеет показатель преломления пл 1,52. Отличие измеренного значения показателя преломления от значения пл составляет

и ортогональной поляризациях fb{, А. Поскольку величины р ( , отличаются от действительных значений

иях $,.,, Р«« Pu

(этот коэффициент пропускания измери- ли заранее при аттестации кюветы)„ Теперь в кювету налили воду и изме- рили коэффициенты яркости /i 2« P2.J. этой кюветы с расположенным в ней ЛКП

коэффициентов яркости ЛКП ч воздухе А$ц, ft.i, то необходимо знать коэффициент пропускания пустой ккзеты х;,(этот коэффициент пропускания измери- ли заранее при аттестации кюветы)„ Теперь в кювету налили воду и изме рили коэффициенты яркости /i 2« P2.J этой кюветы с расположенным в ней ЛКП

на параллельной и ортогональной поляризациях по отношению к поляризации падающего потока. Величины ft |( , з j

(этот коэффициент пропускания измери- ли заранее при аттестации кюветы)„ Теперь в кювету налили воду и изме- рили коэффициенты яркости /i 2« P2.J. этой кюветы с расположенным в ней ЛКП

отличаются от действительных значений коэффициентов яркости в воде flzn , Ь ц ввиду отличия от единицы фициелта пропускания кюветы с водой Ј2 (коэффициент Јг измерили заранее при аттестации кюветы).

отличаются от действительных значений коэффициентов яркости в воде flzn , Ь ц ввиду отличия от единицы фициелта пропускания кюветы с водой Ј2 (коэффициент Јг измерили заранее при аттестации кюветы).

В рассматриваемом примерз результаты измерений таковы:

Ј,„ 0,68; (% 0,13; и, 0,85:

j%a,, п V

Вычислили по формуле (1) отношение коэффициентов отражения

Р .u fyjliiLy-- , ii

Р („-/3 7 V

2i68:0i1.3 0А90 , fi 0,21-0,12 0,85

Воспользовались табличной зависимостью отношения /), / (Ог. от величины п в соответствии с (2) при п4 1, п, 1,33, & 45°.

S. |10Q 1, 52 1()0 2% плт,э/

Формула изобр.етени я

Способ определения показателя преломления материала, включающий о све- цение материала линейно поляризованным в плоскости падения или перпендикулярно плоскости падения монохроматическим потоком, регистрацию интенсивности отраженного материалом излучени в направлении зеркального отражения и вычисление показателя преломления материала, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых материалов за счет обес- печения исследования рассеивающих материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием, освещают материал, помещаемый поочередно в две среды с различными показателями преломления, после регистрации интенсивности отраженного материалом излучения определяют коэффициенты яркости материала в каждой среде при регистрации интенсивности на параллельной и ортогональ- ной поляризациях относительно поляризации освещающего потока, а показатель преломления п вычисляют из уравнения

PiiSiB-ii-l)- JLiiLIJ LL- рг(п,ПЈ,0) (iul,-iJ2i

де п(, п - показатели преломления

25

t

первой и второй сред; зо 0 - угол падения освещающего потока на материал; коэффициент яркости материала при расположении материала в первой среде с показателем преломления

111

U

„п| и регистрации на поляризации, параллельной поляризации падающего потока;

коэффициент яркости материала при расположении материала в первой среде с показателем преломления П| и регистрации на поляризации, ортогональной поляризации падающего потока;

коэффициент яркости материала при расположении материала во второй среде с показателем преломления п.

и регистрации

. 5 0

5

о

p,(n,n f)g(

на поляризации, парац- лельной поляризации падающего потока; коэффициент яркости материала при расположении материала во второй среде с показателем преломления п и регистрации на поляризации, ортогональной поляризации падающего потока;

0).

0) -френелевские энергетические коэффициенты отражения от поверхности материала в первой и второй средах соответственно.