Интерференционный способ измерения абсолютного коэффициента преломления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ PKCHYI JIHAD

ГОСУДАРСТВЕННОЕ IIATEHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (fOCILLTEIff CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЦЯ".

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4226031/25 (22) 10.04.87 (46) 30.1133 Бюа hh 43-44

РФ Бондаренко АН. (54) NHTEPeEPEHlylOHHbt4 alOC06 ЗМЕPEHH$I ЛБСОЛЮтНОГО КОЭЕЕИЦИЩтА

ПРЕЛОМЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к юперференцион)ым методам измерения абсолютного коэффициента преломпемя твердых жидких и газообразных сред в неорганиченном диапазоне частот электромагнитного излучения и может быть использовано в метрологии для создания Государственных эталонов и средств высших разрядов измерения абсолютного коэффициента преломления для научных исследований в медицине, биологии, фармакологии химии, гидрофизике, теппофизике, а также в промынюенности дпя контроля оптических свойств различных сред Целью изобетения является повы(в> $Ц пн l45 ß А1 (51) 1 21 4 шение точюсти и упрощение измерений. В вакуумной камере 2 создают еперференционную картину or широкополосного источника 6 электромагнитного изпучеав Затец в одно из плеч интерферометра 1 вводят исследуемый образец 12 с известной толщиной h и перемещением отражательного элемента 5 еттерферометра 1 повторно создают интерфервнцио)ную картину с одновременным измерением ветвтмн) hL этого перемещения а абсолютный коэффициент преломления вычисляют по формуле h1+hL/h Поскольку, точность фиксации интерференци н)юй картины определяется длиной Ы когерентности излучения широкополосного источнаа 6 как ЬЬ с/2hv (где с — скоpocfb света, а Ьм — полоса излучения источника 6), то при Ьиа Э 10 Гц достигается точность измен рене абсолютного коэффициента преломления

Ьп/п-6.10 . 2 ил.

15545;3 с пл о куда д < с

Изобретение относи ся к способам и устройствам для измерения абсолютного коэффициента преломления интерференционным методом, в частности, для измерения оптических свойств твердых сред, Целью изобретения является повышение точности и упрощение измерений, На фиг,1 изображен схематически один вариант устройства для реализации способа; на фиг,2 — второй вариант устройства.

Устройство (фиг.1) содержит интерферометр 1, заключенный в вакуумную камеру

2 и образованный оптически связанными опорным отражательным элементом 3, делительным элементом 4 и подвижным отражательным элементом 5, образующим измеряемое плечо интерферометра 1. Вход интерферометра 1 оптически связан с источником 6 широкополосного электромагнитного излучения через конденсор 7 и прозрачное окно 8 вакуумной камеры 2. Выход интерферометра 1 связан с регистратором 9 интерференционной картины через прозрачное окно 10 камеры 2. Вакуумная камера 32 снабжена подвижным держателем 11 образца 12 с возможностью введения последнего, например, в измеряемое плечо интерферометра 1. Подвижный отражательный элемент 5 вмонтирован в торец штока 13, который связан с механизмом 14 перемещения и измерителем 15 перемещения механического типа, Во втором варианте устройства для реализации способа (фиг.2) для повышения точности измерения коэффициента преломления измеритель 15 перемещения выполнен в виде заключенного в вакуумную камеру 16 второго интерферометра 17. образованного делительным элементом 18, опорным отражательным элементам 19 и вмонтированным в противоположный торец штока 13 отражательным элементом 20.

Вход интерферометра 17 оптически связан с источником 21 лазерного излуче,iëÿ ерез прозрачное окно 22 вакуумной камеры .6.

Выход интерферометра 17 через прпзрач. ное окно 23 вакуумной камеры 16 оптически связан с фотоприемником 24. выход которого подключен к регистратору 25 перемещения.

Отражательные элементы 3, 5, 19 20 интерферометров 1 и 17 выпа. иены в виде уголкоеого отражателя. LLèðnêî.:елnc÷ûé источник 6 электромагнитного излучения выбирают в зависимости от частотного диапазона прозрачности исследуемого образца 12. Например, для оптически прозрачных образцов может быть использована лампа

ДАЦ-5(), а для непрозрачных сред рентгено вская трубка типа 4 БТУ 3 250. В кл есгве

40 исгочника 2i лазерного излучения использован лазер ЛГ-78. В качестве измерителя

15 перемещения механического типа использован прибор ИЗВ-1, обеспечивающий диапазон измерений перемещений 0-250 мм и предельно допустимую погрешность измерения перемещения (1,4 + 140 ) мкм

L где L — величина перемещения. Механизмом перемещения 14 служит винт с микрометрической резьбой. В качестве регистратора 9 интерференционной картины использован приемник электромагнитнаго излучения с соответствующей областью спектральной чувствительности с токаизмерительным прибором (например, для белого света используют фотодиод ФД21 КП с микроамперметром M-24, а также к ан для визуальной регистрации интерфе,;е.;цианной картины). В качестве фотоприлика 24 используют фотодиод ФД-21 КП, Способ осуществляют следующим образом. Для создания интерференционной картины в вакууме освещают интерферометр 1 и;.точником 6 широкополосного излучения через конденсор 7 и прозрачное окно 8. Перемещением отражательного элемента 5 с помощью механизма 14 перемещения добиваются получения интерференционной карти н ы без образца 12. Поя влен ие интерференионной картины фиксируется регистратором 9, При этом оптическая разность плеч Л интерферометра (разность оптических путей от делительного элемента

4 да опорного отражательного элемента 3 и от делительного элемента 4 до подвижного отражательного элемента 5) не превосходит

0,1 мкм, так как появление интерференционной картины происходит при условии где с — скорость света, А ширина спектра источника 6.

При Av=1,5 10 Гц, с =3 10 см/с получаем Л < 0,1 мкм, Затем на пути одного из интерферирующих лучей помещают исследуемый плоскопараллельный образец

12 с известной толщиной h образца вдоль направления луча. Перемещением подвижнога отражательного элемента 5 с помощью механизма 14 повторно добиваются получения интерференционной картины. Одновре1554573

1+ AL и-1+ И

35 мещения, по которому судят о коэффициенте преломления исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повыше40 ния точности и упрощения измерений, интерференционную картину формируют из двух лучей в.вакууме в белом свете, 1сследуемый образец вносят в один из интерфе-. рирующих лучей, а отражатель

45 интерферометрв перемещают на величину

hL, соответствующую повторному получению интерференционной картины, причем коэффициент преломления и исследуемого материала определяют по формуле

50 и = 1+Ы./h. менно измерителем 15 механического типа фиксируется величина этого перемещения, которая соответствует изменению Л L разности хода интерферирующих лучей при внесении образца, равной Л - h(n-1). Откуда коэффициент преломления где b,L измеряется измерителем 15 перемещения.

Измерение величины перемещения подвижного отражательного элемента 5 для повторного получения интерференционной картины (после внесения образца 12) производится с помощью интерферометра 17, освещаемого источником 21 лазерного излучения через прозрачное окно 22 вакуумной камеры 16, При перемещении штока

13 отражательными элементами 5 и 20 с помощью механизма 14 на выходе интерферометра 17 наблюдаются периодические изменения интенсивности, которая фотоприемником 24 преобразуется в электрический сигнал, поступающий на вход регистратора 25 перемещения. Регистратор

25 перемещения вычисляет величину Л L измерения разности хода интенферирующих лучей интерферометра 1 при внесении образца 12. Определение коэффициента и преломления осуществляется также, как и при работе устройства по фиг.1, т.е. и - 1+

hL

Формула изобретения

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ, включающий формирование в интерферометре с подвижным отражателем интерференционной картины, изменение разности хода интерферирующих лучей путем внесения исследуемого плоскопараллельного образца с известной толщиной h в интерферометр и его компенсацию путем перемещения отражателя интерферометра с одновременной регистрацией этого пере10

Погрешность измерения абсолютного коэффициента преломления равна 6 10 .

П ри этом абсолютный коэффициент преломления будет измерен для среднего значения диапазона спектральной чувствительности фотодиода ФД-21 КП, т.е. для длины волны

0,77 м (красная область).

Изобретение применимо как к твердым средам, так и к жидкостям и газам без существенных изменений. Для измерения абсолютного коэффициента преломления жидкостей и газов следует вместо образца

12 закрепить на держателе пустую кювету с известной толщиной h между ее внутренними стенками, ввести пустую кювету в плечо интерферометра и перемещением штока 13 получить интерференционную картину, 3атем необходимо заполнить кювету исследуемой жидкостью или газом и перемещением штока 13 повторно добиться получения интерференционной картины с одновременным измерением величины AL перемещения штока 13, по которому вычисляют абсолютный коэффициент преломления. (56) Авторское свидетельство СССР

t4 730087, кл. G 01 N 21/45, 1973, Буслаева В,Е. и др, Государственный первичный эталон единицы показателя преломления. — Измерительная техника, М 4, 1985, с.3-4, 1554573

Составитель С.Голубев

Техред М.Моргентал Корректор С Патрушева

Редактор Н.Коляда

Заказ 3336

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина 101