Оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражения Советский патент 1982 года по МПК G01N21/43 G01J3/02 

Изобретение относится к техничес кой физике и предназначено для измерения показателей преломления п и по глощения ЭС поглощающих сред, и может быть использовано в химии, нефтехимии, физической химии для анализа жидких и твердых сред. Обычно измерение п и эепоглощающих сред ocylJ ecтвляeтcя мeтoдoм нарушенного полного внутреннего отраже ния (НПВО) путем измерения коэффициентов отражения R на границе исследуемой низкопреломляющей среды с высокопрёломляющим оптическим элементом (элементом НПВО), Известны различные конструкции элемента НПВО в зависимости от харак теристик измеряемой среды и выбранно го способа измерений, например, элементы НПВО в виде призмы, в виде цилиндрических прямых и изогнутых стер ней, стержней конической формы 1. Наиболее близким к изобретению яв ляется оптический элемент НПВО, выполненный в виде полусферы или полуцилиндра из высокопреломляющего изотропного материала с плоской рабочей поверхностью 2 . Недостатком известного устройства является существенная потеря точности при значительном изменении параметров исследуемой среды Действительно, оптимальные условия определения показателя преломления среды достигаются при значениях относительного показателя преломления п,,; :г 1, где п/ - показатель преломления ис ледуемого вещества, п - показатель преломления элемента НПВО, и arcsin iv , где fi - угол падения света на образец. Поэтому для сохранения точности при замене исследуемой среды на другую, отличающуюся на единицы второго-третьего знака после запятой по показателю преломления, необходима перестройка прибора, в частности, замена элемента НПВО на другой, с более близким показателем преломления к показателю преломления исследуемой среды. Цель изобретения - расширение диапазона измерений с одновременным повышением точности измерений. Указанная цель достигается тем, что оптический элемент нарушенного полйого внутреннего отражения, выпол ненный в виде полусферыс плоской ра бочей поверхностью, выполнен из опти чески анизотропного материала с опти ческой осью, перпендикулярной рабо-. чей поверхности. На фиг. 1 показан оптический элемент ИПВО; на фиг« 2 - зависимость показателя преломления для обыкновен ного По и необыкновенного Пе лучей от угла О- между волновым вектором и оптической осью элемента НПВО. Элемент НПВО представляет собой полусферу 1 с плоской рабочей поверх ностью 2. Элемент НПВО выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью 00, перпендикулярной поверхности 2, Пусть оптический элемент выполнен из одноосного кристалла (например, кальцита или кварца) с оптической осью, ориентированной i плоской поверхности оптического элемента. Toi- да для луча, поляризованного в плоскости падения, зависимость показателя преломления п(0-) от угла между волнцрым вектором и оптической осью кристалла (который в этом случае так же равен и углу падения) имеет вид, аналогичный приведенному на фиг. 2, Если показатель преломления исследуемого вещества п находится между Пр и Пр , то оптимальные условия достигаются, когда пё (-б-) п и S- агсз1п(П(/ng( в-) ), т.е. оба словия оптимальности, приведенные выше, выполняются одновременно. Пере ход к другому веществу с показателем 92 преломления п из диапазона п - п требует лишь изменения угла падения на & arcsih( ) « причем одновре / / менно выполняетс;п условие п, П((). Если - угол падения света на границу раздела и, одновременно, угол между оптической осью и волновым вектором, то показатель преломления исследуемого вещества определяется по известным формулам. Таким образом, предлагаемое изобретение значительно упрощает процесс измерения при одновременном увеличеНИИ точности и позволяет заменить набор оптических элементов НВПО с различными показателями преломления одним элементом из оптически анизотропного материала, что расширяет диапазон измерений с помощью одного элемента НПВО. . Формула изобретения Оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражения, выполненный в виде полусферы с плоской рабочей поверхностью, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, и расширения диапазона измерения, он выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью, перпендикулярной рабочей поверхности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Молочников Б. И. и др. Рефрактометры для определения оптических постоянных сред. М., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1979, с. e-kO. 2.Харрик Н. Спектроскопия внутреннего отражения. М., Мир, 1970, с. 95-100 (прототип).