Способ измерения показателя преломления светорассеивающей среды

 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для измерения показателей преломления различных светорассеивающих сред, таких как растворы, суспензии, газовые среды. Способ включает расщепление поля оптического излучения на две составляющие, формирование взаимно ортогональных циркулярных поляризаций расщепленных составляющих поля, помещение исследуемой среды на пути одной из составляющих. После прохождения через исследуемую среду части излучения выделяют из нее нерассеянное и однократно рассеянное в направлении распространения излучение, выравнивают интенсивности этой части излучения и не проходящей через исследуемую среду части излучения, а затем осуществляют их оптическое смешение . По резульатам смешения регистрируют поворот плоскости поляризации результ1фующего поля, по которому определяют показатель преломления исследуемой среды. 2 шт. i Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (i9) SU (i() 97 А (51)4 G 01 N 21/45

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Б,ф г .р:-., (с1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3771276/24-25 (22) 12.07.84 (46) 23.02 .86. Бюл. Ф 7 (71) Черновицкий ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет (72) О.В.Ангельский, П.П Максимяк и В.К.Полянский (53) 535.24 (088.8) (56) Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M.: Наука, 1970, с.300-303.

Там же, с.342-346. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТОРАССЕИВАЮЩЕЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для измерения показателей преломления различных светорассеивающих сред, таких как растворы, суспензии, газовые среды. Способ включает расщепление поля оптического излучения на две составляющие, формирование взаимно ортогональных циркулярных поляризаций расщепленных составляющих поля, помещение исследуемой среды на пути одной из составляющих. После прохождения через исследуемую среду части излучения выделяют из нее нерассеянное и однократно рассеянное в направлении распространения излучение, выравнивают интенсивности этой части излучения и не проходящей через исследуемую среду части излучения, а затем осуществляют их оптическое сме- Р

Я шение. По резульатам смешения регистрируют поворот плоскости поляризации результирующего поля, по которому определяют показатель преломления исследуемой среды. 2 ил.

Ф

12133 7

Изобретение относится к физичес-кой оптике и может быть использовано для измерения показателей преломления различных светорассеивающих сред, таких как растворь:, суспензии, газовые среды.

Целью изобретения является повышение точности измерения показателя преломления светорассеивающих срец.

Ка фиг.1 представлена блок-схема УстРойстват РеализУюЩего способ: на фиг.2 — схема устройства, Блок †схе устройства содержит следующие блокч-операторы, размещенные последовательно: излучательнь(й блок I, светоделител(ь((ый блок 2, блок 3 нейтральнь(х осла бителей оптического излучения, блок 4 компенсации разности хода разд()(енных пучков, поляризационные блоки 5, исследуемое вещество 6, фильтрующий блок 7, смесительный блок 8, блоканализатор 9 поляркзации и фотоэлектрический блок 10 регистрации.

Устройство содержит источник !1 излучения, светоделитель 12,, зеркала 13, нейтраль.»ый Ослаби".ель 14., компенсатор i5 разности хода лучей, состоящий из подвижного и неподвижного фазовых клиньев, смесит ль

16 гучков, которые †: совокупности составляют интерферометр. Наряду с этими элементами устройство содержит поляроиды 17 и пластинки ((/4 18 составляющие поляризацконные блоки, Объективы 19 и 20 к диафрагму 21 составляющие оптический фильтрующий блок, модулятор 22 Фа— радея, анализатор 23 линейной поляризации, составляющие блок-анализатор поляризации и фотоэлектр(-ческий блок 24 регистрации.

Размер диафрагмы 21 Бь(бкрает(: — в соответствии с размером первого дифракционного минимума Б картине

Эйри кз условия: (1 =- 1,22 t(x /3 ° где. 3 — циаметр диафрагмь:; ((-- длина волны излучения,- — фокусное расстояни Объекти-ва 19; — рабочий диаметр объектива

19.

На вход устройства поступает оптический сигнал, который разделяется Si светоделителем 12 на две составляющие. С помощью поляроидов 17 и пластинок ((/4 18 в двух каналах интерРО(»(»:1 ГРа 3 аДЯЮТ(!. Б Заи. (i(0 ÎPTÎI 0" нал,. ."ые циркуляр:.0 поляркзованнь(е

CC Tа1ВЛя1(1т)((т(Е I(0 (Ь(т(ОбbF », 1 0" (Ка-,. п(1: е: .:-И(терфе-».",-;(a.г )а Ба п=лагается кювет,-:: 25 со средой, в::(ступающей в

t к(лес: (е ос но«,ы (ь((риць. (рассеив нюшей среды 1 наг(ример, дкс тиллиров BI(-.

Ha)(вода(„1; 1,0",» (Б ттЧаЕ раССЕякк

ИЗЛ, -"»ЕНИЯ 11(- 1PОИСХ )ДИТ, .., Е . B(Е и -Sló÷åíèå., прошедшее через среду, объективом 19 собирается H его фокусе к п(ро:. Од(»т»(е»)еэ дт(афтэагму 21 . расг{0)(ожен{((е и форма которой полностью со0 "tБЕТСтБУЕт «iQP.«Р фоха.(ЬНО; 0 Пят-,-та т(",;т Гтт, -:Ния . ({Оьрк (Ив 2О» Л»т«И т дт(я ."QJlJ,т((а» И(т т(» "(у".((»({Ис ((ПошрдШЕГQ ттк„=Ф-,БГМу 2! . 1(..)МП((ксатОВ 1т) ВаЗНОСТИ х.)да лужит для выравнивания оптк—:ЕСКО 0 IlyTI-; »тзл» ((Р=. .:ЯЯ Б 00" ЕКТНО. (и

Опорном канал .:.х. Б sTQ(; I J(ysae на выходе устрой(Ta(ин Tepmep(I((:;ионная картина отсутствует„. п)скольку орто— гонально поля .Изовгннь(е световые

Бол;--:ь(не кнтерфе ). (руют,. Суммарное св(етО:-".О,е пО 1(;= к(1 Бь(хО, е ".(" . тр Ойств а.

l((11) 3к" еркзуетс; некотопой детерминиP (»J Г Я{(Ой Гf0)7 (I«)((. с(((т .. -Й,. Б Г (Гт() Ч аР равт(0tH .;IT&(ò»СИЗ НЫХ В Эа»П":НО СртОГ ОкаЛЬЬ(.-(Х ((РКУЛЯРЬ(ЫХ БОЛЯРК Э ад(1»й lQJ(ßP."IÇß-" (-({я р()зультируюцего излуч ения линей(((и .1-(аракгеризуется некот)рым .= з д; 1"«,-0 м, 1(>"-т»(0(- а Б.(т е(((. ;{ ) „:, т-»

РБССЕИВатЕЛЯ Б П.-.:-.e ИЭЛ;(;.:.(»(Я

t I1)011,(»."11(((--, Q (i т (".,ет,;»»(..»тю t т етт (» т» p -=:-цтт .";(лярной :астьа наблюд=.=-=:я:.эас,я;- О(. ((зл((т{;=1(и(,. (t!--т-лт-, тт)»»0{(,- е ус-.—

1) От(1(((т.. О, СЛ- 0{(ит З({ (Я,.-Ьт тЦЕ (Е(тк.(-. (Ã t»J»яр;Оц р с;-и и =)(т.(т.терт(,(» Б р . -,», «ато

"еж(1: —.=:{адик -i({TQI=. рассеяния 1(фильтОа ((1:,-;.,: q»r>,,- Е-, (Я Б.",-;ТЕ(((.-; —,Б,(»«0 ." ИЗЛ»У, Я . (тОЯапаЮЩЕ(,0 ((а. С({Е. "» - 2!(t» - 0

„=-;..:I,(-т (g;-(» т! 0 той 1(- КЧИНЕ Б ОП") (тат(а»ле (ц". епф(»ром(т()а т;-спользу-»т -(Р Г)0, (Рт(т(" а)((»втт»()) С» Р »ГЬ (т(1 ( (т(... t:13:»tQJ ЯЮ((1(»к БЬ(1»аЗ БЬИЗ ат(» ИНТЕНСИ .- -I:Iст ПБ Õ (.Оста ЯЮ((т(()(, КотО()ЫЕ

Ч 01 . аП{(;-0 (т а ... »(c(;(» Tt... . I f; (туЧ(((ЗБ .

I(i» t(Я0.тЗаI(»0т Нщй (J Г(0)"-.а»тапиэаТО0 ж,-.»(.Тс ."..)Отоэлек т()т(ч(.:.: 1 (м Ьло,c". рр :т; (Оа тки » ((т «(1 (ля ((з »(е»)э((1(я аэтт»((т 1 - ){ИН" Икот QJI {ркт»тапки pl «»тЛЬ

".т ИРУЮ(((Е((» "З»(«тт . НР 4 ((а. (»(0(l I(JIS(TQP (((арац(т Я Подав ГС;.1 ПррЕМЕ»П(ОЕ рк(у. Оидзг(ь((ое Бапря:::,ение Оп-)ецрленной частоты,: помощью -(e(о раскачиУ

Бае (., Я:;(ЛОСКО; -)(т-,оЛЯРИ.(ади((ЗУ)(Ь (КРУЮП(Е",. 0:Я:З"Лт(тЧЕНИЯ, ВРацаЯ аиа.—

1213397 лизатор линейной поляризации, добиваются удвоения частоты 2 сигнала, регистрируемого фотоэлектрическим блоком. Снимая отсчет по лимбу анализатора, находят азимут линейной поляризации еС результирующего излучения. Возникшая в результате внесения рассеивающих частиц в среду разность азимутов поляризации -Ко функционально связана с наведенной разностью хода лучей в плечах интерферометра соотношением:

d(о (-ю = — -- ° 360 о где d f = d n,, 1, — толщина кюветы.

Таким образом, формула для определения показателя преломления записывается в виде: (oL+o(1 и = и.+лп= н +

360 0 где и, — показатель преломления свя-. зующей среды-матрицы.

Тип поляризации результирующего излучения очень чувствителен к вариациям разности хода лучей в плечах интерферометра. Даже при изменениях разности хода значительно меньших я тип поляризации существенно изменяется. В способе используются взаимно ортогональные циркулярные поляризации составляющих поля, что дает линейную поляризацию результирующего излучения с определенным азимутом поляризации. При возникновении добавочной разности хода между ортогональными компонентами на величину Ъ азимут линейной поляризации результирующего поля изменяется на 360 . Поскольку азимут поляО ризации можно измерять с точностью до секунд, то, соответственно, точность измерения разности хода составляет величину 10 h, а точность измерения изменения показателя преломления будет соответственно

1О 9 /О,.

При оптическом смешении двух пучков с ортогональными циркуляционными поляризациями поляризация результирующего пучка будет линейной только в случае равенства интенсивностей пучков. Если же интенсивности пучков не равны, то в результате получаем эллиптическую поляризацию .

Азимут линейной поляризации излучения определяется с большей точностью, нежели азимут эллиптической, Это связано с тем, что в случае эллиптической поляризации излучения определение максимума сигнала в регистрирующем блоке, по которому судят об азимуте поляризации, затруднено наличием фонового сигнала, обусловленного отличием поляризации излучения от линейной. Это является следствием закона Малюса.

10 Согласно закону Малюса интенсивность линейно поляризованного излучения, прошедшего анализатор, опреде ляется из соотношения:

15 где м, — угол между плоскостью поляризации излучения и осью анализатора.

В случае эллиптически поляризованного излучения г г

3=3„-со5 <«"3„ co5 (ЧО -0,)= щ С Э oL, + ог 5 и где О< — соответствует 11 большой полуоси эллипса поляризации;

3, — малой полуоси эллипса.

Погрешность измерения системы определяется величиной 83 /d<,, что в

ЗО случае линейно поляризованного излучения составляло: 3l JoL, -23„СоБ Ы, 5inoL

Ç5 а в случае эллиптически поляризован-„ ного излучения она будет:

3 )д, =23«.со5,.5inoL, + 23ог соби, х

»«, = 2(3« 1»1со5 К, 5in oL1 .

Интенсивность 3„, соответствую-,> щая большой оси эллипса поляризации в нашем случае равна д — интенсивности линейно поляризованного.излу45 чения, а интенсивность 3, соответствующая малой оси эллипса поляризации, равна разности интен-, сивностей между смешиваемыми пучками.

Таким образом, выравнивание интенсивностей смешиваемых пучков устраняет эллиптичность реэультрующего пучка, а следовательно, повышает точность измерения.

55 .Формула из обретения

Способ чзмерения показателя преломления светорассеивающей среды, !

213397

13 17 щ 25 Я Zi1 О 16

Составитель С.Голубев

Редактор Р.Цицика Техред З.Палий Корректор С.Черни

Заказ 777/54 Тираж 778 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 включающий расщепление поля оптического излучения на две составляющие, помещение исследуемой среды на пути одной из составляющих, оптическое смешение двух составляющих поля на выходе излучения из образца и определение показателя преломления, о тл и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, после расщепления поля оптического излучения формируют взаимно ортогональные циркулярные поляризации расщепленных составляющих поля, а после прохождения через исследуемую среду части излучения выделяют из нее нерассеянное и однократно рассеянное в направI ленин распространения излучение,выравнивают интенсивности этой части излучения и не проходящей через исследуемую среду части излучения, а затем осуществляют их оптическое

10 смешение и по результатам его регистрируют поворот плоскости поляризации результирующего поля, по которому определяют показатель преломления исследуемой среды.