Рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения
Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для измерения вещественной части показателя преломления поглощающих сред относительно прозрачной высокопреломляющей среды с - известным показателем преломления. С целью повьшения точности измерений высокопреломляющий оптический элемент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы с центром кривизны на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой, а на его нерабочей плоской поверхности закреплены поляризационньтй фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на оптический элемент пучок света шириной d смещен относительно ребра, образованного его рабочей и нерабочей поверхностями, на величину L -(d/2), где L - ширина рабочей поверхности оптического элемента в плоскости падения, 1 ил. G (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / -, Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3825535/24-25 (22) 17.12.84 (46) 23.04.86. Бюл. № 15 (72) А.И.Пеньковский, Н.А.Аникии и Н.А.Петрановский (53) 535.24 (088.8) (56) Лейкин М.В. и др. Отражательная рефрактометрия. Л.: Машиностроение, 1983, с. 120-132.
Пеньковский А.И. Способ измерения показателей преломления поглощающих сред. — OMII, 1982, № 8, с. 38. (54) РЕФРАКТОМЕТР НАРУШЕННОГО .ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для измерения вещественной части показателя преломления поглощающих сред относительно проз„„Я0„„1226198 А )>4 С 01 Я 21/43 рачной высокопреломляющей среды с известным показателем преломления.
С целью повьппения точности измерений высокопреломляющий оптический элемент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы с центром кривизны на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой, а на его нерабочей плоской поверхности закреплены поляризационный фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на оптический элемент пучок света шириной d смещен относительно ребра, образованного его рабочей и нерабочей поверхностями, на величину
d/2 с l4 cL -(д/2), где L — ширина рабочей поверхности оптического элемента в плоскости падения. l ил.
1226)98
Изобретение относится к оптикомеханическим приборам и предназначено для измерений вещественной части и комплексного показателя прелом1 л ления и = n — i М исследуемых 5 поглащающих сред, например жидкостей с показателем поглощения м 0,02, относительно прозрачной высокопреломляющей среды (например, стекла) с известным показателем преломления и
Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции.
На чертеже изображена принципиальная схема рефрактометра нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).
Устройство содержит осветитель, состоящий иэ источника 1 света и конденсатора 2, коллиматор с диафрагмой 3, которая установлена в фокусе, объектива 4, измерительный блок в виде высокопреломляющего оптического элемента 5 с цилиндрической входной поверхностью, центр кривизны которой находится на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой 6. На расстоянии
0,)-0,3 мм от цилиндрической поверхности элемента 5 установлена неподвижно отрицательная плоско-вогнутая З0 линза 7, показатель преломления и радиус кривизны которой равны показателю преломления и радиусу кривизны элемента 5. Элемент 5, кювета 8 с исследуемой средой 6 укреплены на лимбе 9 углоизмерительного устройства 10, причем так, что центр кривизны оптического элемента 5 совпадает с центром вращения лимба 9 углоиэмеритепьного устройства 10. 40
Высокопреломляющий оптический элемент 5 имеет дополнительную плоскую поверхность, перпендикулярную рабочей поверхности и проходящую через центр кривизны элемента 5. На
45 этой дополнительной плоской поверхности с помощью оптического клея закреплены поляриэационный фильтр 11 и дополнительное зеркало 12. Плоскость пропускания поляризационного фильтра
)1 составляет угол 45 или вЂ, 45 по отношению к плоскости падения света.
После объектива 4 коллиматора по ходу лучей установлены интерференционный 13 и поляриэационный 14 фильтры, магнитооптический модулятор 15, четвертьволновая пластина 16 и второй магнитооптический модулятор )7. Плоскость лропускания поляризационного фильтра 14 взаимно ортогональна плоскости пропускания поляризационного фильтра 11 и составляет соответстс о венно угол -45 или 45 по отношению к плоскости падения света. Главные оси четвертьволновой пластинки 16 соответственно совпадают с плоскостями пропускания поляризационных фильтрор 1! и 14. Модуляторы 15 и 17 выполнены одинаково и питаются переменными токами одной и той же частоты, например частоты сети с, но в противофазе. Предлагаемое устройство содержит также фотоприемник 18, избирательный усилитель 19 и реверсивный двигатель 20, механически связанный с лимбом 9 углоизмерительного устройства
10, которые составляют следящую систему.
Рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения работает следующим образом.
Сформированный элементами 1-4 и 13 коллимированный монохроматический пучок света проходит поляризационный фильтр 14, модулятор 15, четвертьволновую пластину !6, второй модулятор
17, отрицательную плоско-вогнутую линзу 7 и под углом Ос падает на границу раздела двух сред: стекла, из которс— го изготовлен оптический элемент
5 НПВО, и исследуемой среды 6. Отраженный от границы раздела сред 5 и 6 световой поток проходит поляризационный фильтр 11, отражается от зеркала 12, снова проходит через поляризационный фильтр 11 и воспринимается фотоприемником 18. Под воздействием переменного тока частоты а) магнитооптические модуляторы 15 и 17 преобразуют линейный поляризованный свет так, что происходит периодическое с частотой и изменение как азимута поляризации (, так и разности фаз 3 между Р- и S-составляющими на величину, например, 0,0) от максимальной величины, Этим достигается периодическое с частотой а наложение вынужденных колебаний на поляризационные параметры Q и б, которые изменяются при изменении угла падения К .
Фотоприемник .18 воспринимает свет, изменяющийся по закону
Т, <ОА
I = — — — — fI-Сов 2у Совб+ А
«(Sin 2у — Sin6 Cos 2 ) ° Sinat), 1226198 где 1 — интенсивность падающего на о поляризационный фильтр 14 света; коэффициент пРохождения све та через оптическую схему;
А — амплитуда модуляции, Если угол падения света d. меньше
2 t псевдокритическоro = are Sin я,+Ж, где и и ж — относительно показатели преломления и поглощения,то в резуль- 1g тате эффекта преобладания двойного относительного изменения азимута линейной поляризации 2 над относитель. ным изменением разности фаз 3 при отражении от границы раздела сред 5 и 6 переменная составляющая частоты
Q сигнала фотоприемника 18 по фазе будет такой, как фаза возбуждения мо- дулятора 17. А если K > При м = „, когда 2 = 8, в спектре сигнала фотоприемника 18 исчезает первая гармоника частоты (д -и двигатель 20 останавливается. Значение измеренной вещественной 40 части и> комплексного показателя л преломления п = n — 1Ж исследуемой среды определяют по формуле и л = n,Sin s«5, где n< — известный заранее показатель преломления стекла элемента 5. Рефрактометр может быть выполнен в других вариантах. Например, осветитель и фотоприемник могут меняться местами,а вместомагнитооптических могут бытьприменены электрооптические или электромеханическиемодуляторы. Предлагаемый рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения имеет ряд преимуществ по сравнению с N известными. Устройство имеет только один подвижный узел, состоящий из оптического элемента 5 с поляризационным фильт ром 11, зеркалом 12 и кюветой 8 и исследуемой средой 6, который закреплен на лимбе 9. Это позволяет исключить ряд ошибок, связанных с перемещением фотоприемника, и повысить точность измерения угла падения света, следовательно, повысить точность измерений показателя преломления исследуемой среды 7. Одновременно упрощается конструкция. В устройстве поляризационный фильтр 11 закреплен совместно с зер калом 12 на оптическом элементе 5, что позволяет исключить влияние эффекта отражения поляризационного света от зеркала 12 на состояние поляризации света и существенно сократить длину пути поляризованного пучка света в стекле на участке между поляризационными фильтрами. Это также позволяет повысить точность измерений. Предлагаемое конструктивное исполнение рейрактометра упрощает его юстировку и процесс измерений, который сводится к автоматическому управлению псевдокритического угла ф „ с помощью простейшей следящей систе- мы и решению с помощью встроенного либо установленного отдельно микоокалькулятора простого уравнения л и, = n," Sina„<. Формула изобретения Рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения, содержащий осветитель и последовательно расположенные по ходу пучка света коллиматор, интерференционный и поляриэационный фильтры, два модулятора состояния поляризации света с расположенной между ними четвертьволновой пластиной, измерительный блок, содержащий высокопреломляющий оптический элемент с цилиндрической или сферической входной поверхностью, центр кривизны которой находится на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой, отрицательную плосковогнутую линзу, показатель преломления и радиус кривизны которой равны показателю преломления и радиусу кривизны высокопреломляющего. оптического элемента, при этом измерительный блок механически связан с углоизмерительным устройством, центра вращения которо)226!98 Составитель С,Голубев Техред Н.Бонкало Корректор Т. Колб.Редактор Л.Гратилло Заказ 21!8/36 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4, ° го совпадает с центром кривизны оптического элемента, и второй поляриэационный фильтр, плоскость поляризации которого взаимно ортогональна плоскости поляризации первого поля риэационного фильтра и составляет угол +45 с плоскостью падения света, о а также фотоприемник, электрически соединенный со следящей системой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, в рефрактометр дополнительно введено зеркало, а высокопреломляющий оптический элемент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы, на нерабочей плоской поверхности которого последовательно закреплены второй поляриэационный фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на оптический элемент пучок света шириной.d смещен относительно ребра, образованного его рабочей и нерабочей поверхностями, на величину d d — 
