Способ измерения показателя преломления

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛ01 ШЕНР1Я твердых прозрачных сред, включащий пропускание коллимированного пучка света через V-образную эталонную призму и исследуемый призматический образец, соединенные с помощью иммерсионной жидкости, последующее |измерение угла отклонения пучка света I этой призменной системой и определение по результатам измерений показателя преломления исследуемого образца , отличающийся тем, что, с целью повьщгения точности измерения во всем рабочем спектральном диапазоне и упрощения процесса измерений , измеряют углы отклонения пучка или соответственно для минимальной или максимальной длины волны из рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель преломления пЦ , равный показателю . преломления п. исследуемого образца для наименьшей длины волны § из . рабочего спектрального диапазона, затем дополнительно измеряют углы отклонения пучка - или f., соответственно для минимальной или максимальной длины волны, из рабочего диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель преломления ч. ,равный показателю преломления образца п. для наибольшей длины волны Хц из рабочего спектрального диапазона, а номинальное значение угла отклонения для любой промежуточной длины волны X рабочего спектрального диапазона находят по формулам (Л КнОМ ) ИЬ или где v PXbfXb Ksgxs К, т-- X. & .л.-. , измеренные значения угла ЮА л ИЙЛ1 л WJjm 00 отклонения для произвольной длины волны рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионных а жидкостей соответственно с показателями преломления п или п ,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU 01!

4(51) 01 и 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСНОММ СВИДЕ ГЕПЬСТВУ

1!

Ул м= лиьм " ("з) ан +К (л -л) л ном - з л ьм

-(21) 3619732/24-25 (22) 11.07.83 (46) 23.02.85, Бюл. Р 7 (72) Б.И. Молочников и Ф.Ф. Закиров (53) 535.24(088.8) (56) 1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. "Химия", 1974.

2. "Приборы и система управления", 1973, Р 8, с. 42-44 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ твердых прозрачных сред, включащий пропускание коллимированного пучка света через V --образную эталонную призму и исследуемый призматический образец, соединенные с помощью иммерсионной жидкости, последующее измерение угла отклонения пучка света этой призменной системой и определение по результатам измерений показателя преломления исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения во всем рабочем спектральном диапазоне и упрощения процесса измерений измеряют углы отклонения пучУ ! или Рн соответственно для минимальной или максимальной длины волны из рабочего спектрального ди" апазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель пре ломления и„, равный показателю . преломления и„ исследуемого образо ца для наименьшей длины волны л з из рабочего спектрального диапазона, затем дополнительно измеряют углы

II 1 отклонения пучка рлдн или ль сооТ ветственно для минимальной или максимальной длины волны, из рабочего диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей показатель

Il преломления пл„,равный показателю преломления образца и для наиболь0

ЛЬ шей длины волны Л из рабочего спектрального диапазона, а номиналь ное значение угла отклонения „ „ для любой промежуточной длины волны л рабочего спектрального диапазона находят по формулам где ль- Рis . л л л„ ! н — измеренные значения угла лиза лиям отклонения для произвольной длины волны рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионных жидкостей соответственно с показатеI 1 лями преломления п„ или и ль

1141316

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено .для измерения показателей преломления твердых прозрачных сред, в первую очередь оптических стекол.

Известен гониометрический способ измерения показателей преломления твердых сред путем измерения угла отклонения света одной призмой из исследуемого материала или блоком призм10 из эталонного и исследуемого материалов (11.

Недостатком способа измерения поl казателя преломления является невысокая точность в широком спектральном 15 диапазоне измерения.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения показателя преломления, включающий пропускание коллимированного пучка света через 20

Ч-образную эталонную призму и исследуемый призматический образец, соединенные с помощью иммерционной жидкости, последующее измерение угла отклонения пучка света этой призменной 25 системой и определение по результа— там измерений показателя преломления исследуемого образца.

В известном способе для того, чтобы уменьшить влияниена погрешность З0 измерения клиновидного слоя иммерсии, возникающую при отступлении преломляющего угла исследуемого образца от 90, а также снизить требования к о качеству ее поверхностей, показатель

11 преломления иммерсии пЛ на данкой длине волны А подбирают близким к о показателю преломления (1 материала исследуемой призмы. При этом обусловленная клином иммерсии угловая по- 40

1 О грешность 8(5=(п -и )Ю (с"Ь вЂ” погрешо ность изготовления угла 90 образца) также стремится к нулю даже при значительном о 6 42.(.

Недостаток известного способа состоит в том, что при переходе к измерениям на другой длине волны из-за существенно разных дисперсий образца и иммерсии величина 8(5 стано. вится значительной. Это приводит к 50 погрешности измерения. Например, при измерении образца стекла К8, имеющего угол 90, выполненный с погрешностью и при использовании иммерсии, у ( которой дисперсия 6(ъ„ имеет величину 1 55 порядка (2-3) "10" при переходе от

l 1 линии F к линии С, возникает пог-6 решность порядка 5 .10 рад, что соответствует погрешности показателя преломления порядка (2-3) 10

Таким образом, известный способ при использовании его в широком спектральном диапазоне приводит к значительной погрешности.

Целью изобретения является повышение точности измерения во всем рабочем спектральном диапазоне и упрощение процесса измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения . показателя преломления твердых прозрачных сред, включающему пропускание коллимированного пучка света через

V-oáðàçíóþ эталонную призму и исследуемый призматический образец, соединенные с помощью иммерсионной жидкости, последующее измерение угла отклонения пучка света этой призменной системой и определение по результатам измерений показателя преломления исследуемого образца, измеря>от

1 1 углы отклонения пучка )ля или Л( соответственно для минимальной или максимальной длины волны, из рабочего спектрального диапазона при использовании иммерсионной жидкости, ! имеющей показатель преломления((л, о равный показателю преломления ил исследуемого. образца для наименьшей длины волны Л из рабочего спектрального диапазона, затем дополнительно

11 измеряют углы отклонения пучка флэ

1! или ГЛ,(соответственно .для минимальной или максимальной длины волны из рабочего диапазона при использовании иммерсионной жидкости, имеющей покаЧ затель преломления и „, равный покаа зателю преломления образца((Л(, для наибольшей длины волны Л из рабоче-.

L го спектрального диапазона, а номинальное значение угла отклонения л„,„ для любой промежуточной длины волны

Х рабочего спектрального диапазона находят по формулам

1.ФЛ ном = &Лам " ч(Л или

5Л (ом "- г лиьм 4 (Л" где Ч Ч

Рл$1 ль 15ЛЬ л4,1)

К1= 1Ч Ч

Л„-Л Л4 Ль и л „- измеренные значения угла иЪм отклонения для произвольной длины волны рабочего спектрального диапазона

1141316 при использовании иммерсионных жидкостей сооТветственно с показателями преломления и клип

Л4

На чертеже приведены графики, поясняющие предлагаемый способ измерения.

Кривые 1 и 2 показывают дисперсию измеренного углового отклонения при использовании соответственно пер- tp вой и второй иммерсионных жидкостей, а кривая 3 соответствует номинальному ходу дисперсии углового отклонения но Коэффициенты К,, и Ка в формуле (1) имеют смысл отнесенных к ширине спектрального диапазона максимальных

IIot petUHocTeH df) s wc и 1 л4 макс

Таким образом, при изменении Л от до Х4 погрешность измерения ф, изменяется от максимальной величины 20 до нуля. нелинейным ооразом.Из-за этого применение линейных соотношений (1) приводит к погрешности, являющейся методической погрешностью способа. Для ее оценки воспользуемся 25 двухчленной формулой Коши: (2) и =A+ ВУЛг

Эта формула при расчетах дисперсии органических жидкостей в пределах видимого спектра дает погрешность до нескольких единиц 10 . Из (2) для и и „„имеем ль.35

ЛЬ 4 (3) tt >< = A + В Л г

2 2

Так как обе жидкости имеют но близкие tt и в основном ся путем разбавления одной

l жидкости, то поэтому можно что. А„= А2 и В„= В2, тогда следует, что достаточподбирают-40 исходной положить, иэ (3) 45

Ьп эЛ4=ЬР - -4 (+Л Д/Л4Л . (4 l множитель(Лэ Х4 /AÐ Х при изменении л "Л

5 4 отл до Л „в пределах видимой .об-! ласти спектра изменяется не более, 10

:чем на 10Х. Если ее положить равной постоянной величине, то выражение (4) становится линейным. Таким образом, аппроксимация действительного хода дисперсии иммерсионных жидкостей 55 линейными соотношениями (1) приводит к методической погрешности, составляющей не более чем 10Х от С", что на порядок меньше погрешности из-за клина иммерсии в известном способе.

Очевидно, что такая незначительная погрешность (dp 3 ° 10 ), получаемая

3а счет введения дисперсионной поправки при помощи соотношений (1), имеет место при достаточно большой ( погрешности - 1 выполнения преломляюо щего угла 90 образца. В известном способе при использовании одной иммерсии достижение такой же величины погрешности d потребовало бы вью II полнения угла 90 с погрешностью 5 з что практически неприемлемо.

Пример. Пусть в видимой области спектра от Л = Р (480 нм) до

5

" = С (644 нм) определяется дисперсия стекла марки Ф2 (tt = 1 629 и

Х с и = 1,612) . Образец выполнен в виде о призмы с преломляющим углом 90, изготовленным с погрешностью 48 1

Для проведения измерений предла° гаемым способом выбираем две такие жидкости, чтобы показатель преломления первой из них приблизительно (но не хуже 1 10 ) совпадал с показателем преломления стекла для линии F, а второй жидкости совпадал

I для линии С . Этому условию удовлетворяют жидкости Ф 6 1 и 65 из стандартного иммерсионного набора ИЖ-1:

Ф 61 (nC = 1 628 пс = 1 599); -У 65 (й = 1,641; п = 1,613) . Как следует из условия выбора жидкостей, погрешность измерения из-за клина иммерсии дф будет пренебрежимо мала (не более

7 I

2 10 ) для линии F при использова- нии жидкости Р 61 и для линии С при использовании жидкости Ф 65. При переходе же от линии F к линии С с использованием известного способа измерения с одной иймерсионной жидкостью (например, Р 61) погрешность

dg становится весьма значительной.

Найдем величину этой погрешности: фо =ВЭБА| =d8Измерение, проведенное предлагаемым способом с использованием допол нительной иммерсии 65, позволяет учесть величину этой погрешности полностью для линии С. Поправки же для промежуточных значений Л .вычисляют из линейных соотнош-.ний (1).

При этом методическая погрешность иэ-за отступления от линейной зависи.мости будет не более 10Х, т.е. не бо.—

1141316

Составитель С. Голубев

Редактор А. Шишкина Техред Т.Маточка Корректор А. Ильин

Заказ 488/32 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

"лее 4 ° 10, что соответствует погрешности ъ 2 10 .

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более чем на порядок увеличить точность измерения показателя преломления в широком диапазоне спектра, при этом одновременно снижаются требования к точности выполнения преломляющего угла исследу5 ;емого образца, т.е. при упрощении процесса измерений.