Рефрактометр

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в оптико-физических и физико-химических исследованиях для определения абсолютных величин показателей преломления жидких, твердых и газовых сред. Целью изобретения является повышение точности измерений показателя преломления. Рефрактометр содержит два интерферометра Фабри-Перо с одинаковой областью дисперсии, регулируемыми базами и сопряженными через полупрозрачное зеркало взаимно-перпендикулярными оптическими осями. При измерениях исследуемый образец помещают в один из интерферометров Фабри-Перо и сравнивают две интерференционные картины, образующиеся в интерферометрах Фабри-Перо с образцом и без него. Уравнивают порядки интерференции путем компенсации оптического пути, а показатель преломления определяют из отношения скомпенсированной разности хода лучей к толщине исследуемого образца. 5 ил.

(19) (51) 5 G 01 N 21/45

ГОС

ПО И

ПРИ

8.

ЧйСпА»» .. А (2

К В (21 (22 (46 (71 уни (72)

А.М. (53) (56) . мет с.21 ньп"» теля техн (54) (57), тель, зова хими

1 изме испо ческ вани личи твер пока миче и на прел

Ц иост метр

Н схе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

/б —.= РЕСПУБЛИК

АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

БРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Т СССР

TOPCH0IVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4469694/31-25

04.08.88

23.11.90. Бюл. 1(- 43

Новосибирский государственный ерситет

А.С.Найденов, В.Н.Старинский, Ражев и 10.В.Бржазовский

535.24 (088.8)

Иоффе Б.В. Рефрактометрические ды химии. — Л.: Химия, 1974, 1-244. слаева В.Е. и др. Государственервичный эталон единицы показапреломления. — Измерительная ка, 1985, 1(4, с.3-4.

РЕФРАКТОИЕТР

Изобретение относится к измериой технике и может быть испольо в оптико-физических.и физикоеских исследованиях для опредеобретение относится к области ительной техники и может быть ьзовано в области оптико-физии физико-химических исследодля определения абсолютных вепоказателей преломления жидких, ых и газовых сред, разности в ателях преломления различных хиких веществ, а также дисперсии равления изменения показателя мления. ль изобретения — повьппение точинтерференционного рефрактофиг.1 изображена оптическая рефрактометра; на фиг.2 и 3

2 ле ния аб с олютных величин показателей

:. преломления жидких, твердых и газовых сред. Целью изобретения является повышение точности измерений показателя преломления. Рефрактометр содержит два интерферометра Фабри-Перо с одинаковой областью дисперсии, регулируемыми базамй и сопряженными через полупрозрачное зеркало взаимно перпендикулярными оптическими осями. При измерениях исследуемьв» образец помещают в один из интерферометров Фабри-Перо .. и сравнивают две интерференционные картины, образующиеся в интерферометрах Фабри-Перо с образцом и беэ него.

Уравнивают порядки интерференции пу- I тем компенсации. оптического пути, а показатель преломления определяют из соотношения скомпенсированной разности хода лучей к толщине исследуемого образца. 5 ил..то же, варианты выполнения; на фиг.4 и 5 — системы интерференционных колец соответственно без образца и -при его внесении.

Рефрактометр содержит интерферо метр Фабри-Перо, образованный зеркалами 1 и 2, и дополнительный интерферометр Фабри-Перо, образованный зеркалами 3 и 4. Одно иэ зеркал основного интерферометра снабжено механизмом 5 линейного перемещения. Источник 6 монохроматического излучения оптически связан с обоими интерферометрами. Эти связи могут быть выполнены различным образом (фиг.2 и 3). Полупрозрачное зеркало 7, ус1608508 тановлено в месте пересечения осей интерферометров под углом 45 к ним или в месте пересечения выходящих из них лучей (фиг.2 и 3) и оптически

5 связано с блоком 8 регистрации. На фиг.2 входы интерферометров оптически связаны с источником 6 монохроматического излучения посредством полупрозрачного зеркала 9 и отражающих зеркал 10 и 11..Оптические оси устанавливают взаимно перпендикулярно за пределами интерферометров.при помощи отражающих зеркал 12 и 13. На фиг.3 оптические оси интерферометров пересекают при помощи одного отражающего зеркала 14. В основном интерферометре установлена кювета 15 для образца, Техническое решение по схеме на фиг.1 обеспечивает более компактную конструкцию. Размещение полупрозрачного зеркала 7 в месте пересечения взаимно перпендикулярных оптических осей обоих интерферометров под .углом 45 позволяет изменить направление распространениг:интерферирующих пучков и совместить обе интерференционные картины в одной плоскости в блоке 8 регистрации. Исследуемый образец, если это твердое тело, имеет: вид плоскопараллельной пластины. В том.случае, если определеляется показатель преломления жидкой или газовой среды, она заключается в кювету

15 с плоскопараллельными окнами. В 35 последнем случае области дисперсии обоих интерферометров выравниваются перед началом измерений в присутствии в одном из интерферометров кюветы 15 (без исследуемой среды). Сказанное справедливо также и при применении кювет в. схемах на фиг.2 и 3.

Рефрактометр работает следующим образом.

Излучение от монохроматического

45 источника 6 направляется в интерферометр, образованный зеркалами 1 и 2, и одновременно с помощью полупрозрачного зеркала 7 — в дополнительный интерферометр, образованный зеркалами 3 и. 4. После прохождения обоих, интерферометров пучки лучей с помощью полупрозрачного зеркала 7 направляются в блок 8 регистрации, где можно наблюдать с помощью автокаллиматора (не показан) совмещенную от обоих интерферометров картину, представляющую собой две системы колец равного наклона. Перед началом измерений, в отсутствие в основном интерферометре образца, с помощью механизма 5 линейного перемещения регулируют базы обоих интерферометров до совпадения в них значений длины оптического пути. В этом случае расстояние d между зеркалами 1 и 2 равно расстоянию dg между зеркалами 3 и 4, т.е. области дисперсии,И обоих интерферометров при d » = d равны

/ где nt, — показатель преломления среды, находящейся между зеркалами 1, 2 и 3, 4. При этом в плоскости наблюдения блока 8 регистрации образуются две системы совпадающих друг с другом интерференционных колец (фиг.4).

Погрешность совмещения интерференционных картин при визуальном наблю-э денни оценивается 3 10 интерференционной полосы. При фотоэлектрической регистрации относительная пог-т решность уменьшается до 2-10 .. После внесения в основной интерферометр исследуемого образца между зеркалами

1 и 2 появляется дополнительная разность хода лучей, вследствие чего область дисперсии этого интерферометра уменьшается. Это вызывает в плоскости наблюдения относительное смещение систем интерйеренционнык колец от обоих интерферометров (фиг.,5).

Уменьшая базу интерферометра перемещением зеркала 2 на величину 1л, уравнивают области дисперсии обоих интерферометров, добиваясь совмещения обеих. систем интерференционных колец. Общая картина в. плоскости наблюдения возвращается к исходному положению, изображенному на фиг.4.

После этого показатель преломления образца определяют по формуле и = (1+-1 — ) n

Osp h o (2) где 1, — величина изменения базы основного интерферометра, компенсирующая оптическую разность хода, после внесения образца;

h — толщина исследуемого образца.

Аналогично определяется показатель преломления жидкой или газовой среды, находящейся в кювете. Отличие состоит в том, что до начала измерен и

П ро п ти т ф к ст н т ле и ре лу из д а н да т па

Пр м

: из ер ро де е п1 то по и ре те н по из ло ср ре те

5 160850 базы обоих интерферометров Фабриуравнивают с учетом оптического в окнах кюветы.

За счет сведения обеих систем инеренционных полос в одну плос5 ь и их совмещения повышается точь определения показателя преломя. Основными составляющими погностей входящих в расчетную форму(2) величин являются погрешности ерения показателя преломления вози (10 ) и погрешности измереЬ длин. Анализ этих погрешностей их значение, равное 64 10" при

1,5, 1 = 20 мм, h =, 20 мм. енение в оптических схемах для ения длин лазерных интерферомет-. позволяет повысить точность опрения показателя преломления до 20

10™ .

Рефрактометр позволяет повысить ность определения оптического азателя преломления на 2-4 порядка начительно упростить процесс изме- 25 ий. При этом исключается влияние ературы на стабильность измересокращается время измерения и ностью автоматизируется процесс ерения оптического показателя преения твердых, жидких и газовых . Применение в оптической схеме актометра одновременно двух инерометров Фабри-Перо, позволяет

8 6 производить сравнительный анализ раэ.

|личных химических веществ, дает возможность определять направление изменения показателя преломления.

Формула изобретения

Рефрактометр, содержащий источник монохроматического излучения, интерферометр Фабри-Перо, одно иэ зеркал которого снабжено механизмом линей-, ного перемещения, и блок регистрации, при этом вход интерферометра ФабриПеро оптически связан с источником монохроматического излучения, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в рефрактометр введены полупрозрачное зеркало и дополнительный интерферометр Фабри-Перо, аналогичный первому, установленный так, что его оптическая ось перпендикулярна оптической ,оси основного интерферометра ФабриПеро, при этом полупрозрачное зеркало установлено под углом 45 к оптиа. ческим осям обойх интерферометров в месте пересечения этих осей, а вход дополнительного интерферометра Фаб-. ри-Ifepo оптически связан через полупрозрачное зеркало с источником монохроматического излучения,.при этом блок регистрации установлен на выходе дополнительного интерферометра Фаб" ри-Перо.

1608508 ие.

Дог4 РыгГ

Составитель С.Голубев

Редактор E.Ïàïï Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Колб

Заказ Зб10 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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