Способ определения показателя преломления материала

 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломления материала. Цель изобретения - расширение класса исследуемых материалов путем обеспечения исследования материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием. Освещают материал поочередно двумя направленными монохроматическими потоками, поляризованными перпендикулярно и параллельно плоскости падения, регистрируют интенсивность отраженного света. Измеряют для каждого освещающего потока коэффициенты яркости материала в фиксированном направлении при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации освещающего потока, а коэффициент преломления вычисляют по формуле, приведенной в описании. & V.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК (19) (!1) Д1)5 4 01. N 21/43

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "К А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где (4 - &au

А = — - — — —, (- $0). (2) 1 (21) 4635313/25 (22) 13. 01. 89 (46) 15.04.91. Бюл. У 14 (72) M.Ë. Ьаршавчик и Р.А. Комовкина (53) 535.24(088.8) (56) Гуревич М.М. и др . Оптические свойства лакокрасочных покрытий. Л.:

Химия, 1984, с. 40-41.

Лейкин М.В. и др. Отражательная рефрактометрия. Л.: Машиностроение, 1983, с. 25-26. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломлеИзобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения показателя преломления материалов.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых материалов путем обеспечения исследования рассеивающих материалов с шероховатой по" верхностью, например лакокрасочных покрытий.

Способ осуществляется следующим образом.

Материал освещают поочередно двумя . направленными монохроматическими потоками, поляризованными перпендикулярно и параллельно плоскости падения, и регистрируют интенсивности отраженного света.

2 ния материала. Цель изобретения — расширение класса исследуемых материалов путем обеспечения исследования материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием. Освещают материап поочередно двумя направленными монохроматическими потоками, поляризованными перпендикулярно и параллельно плоскости падения, регистрируют интенсивность отраженного света. Измеряют для каждого освещающего потока коэффициенты яркости материала в фиксированном направлении при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации освещающего потока, а коэффициент преломления вычисляют по формуле, приведеннои в описании.

После регистрации интенсивностей отраженного света определяют для каждого освещающего монохроматического потока коэффициенты яркости материала в фиксированном направлении, лежащем в центральной части индикатрисы рассеяния, например, проходящем через максимум индикатрисы рассеяния, при приеме на параллельной и ортогональной поляризации относительно поляри-, зации освещающего потока. Показатель преломления и вычисляют по формуле

n=tge sin 8(„-), В 1 (,)

1А+1 < 2 1(/2

1б42333

Q — - угол падения освещающего потока на материал; — коэффициент яркости материала

Х при поляризации освещающего потока, перпендикулярной плоскос«5 ти падения, и приеме на той же поляризации;

1, - коэффициент яркости материала

11 Н при поляризац и освещающего по 10 тока, параллельной плоскости падения, и приеме на той же поляризации; р — коэффициент яркости материала

3.И при поляризации освещающего по- 5 тока, перпендикулярной плоскости падения, и приеме на ортого.нальной поляризации; („ п - коэффициент яркости материала при поляризации Освещающего ) потока, параллельной плоскости падения, и приеме на ортогональной поляризации; (1

Если рассеивающий материал пред! ставляет собой многокомпонентную сис- 25 тему такого же вида, как лакокрасочное покрытие, состоящее из оптически оцнородного связующего (пленкообразо, а еля) внутри которого. находятся

Э частицы дисперси ого вещества (пигмента или наполнителя), то отраженный лучистый поток состоит из двух составляющих — "внешней" и "внутренней".

Внешняя составляющая рассеянного лучистого потока формируется шерохо35 ватой поверхностью материала, которую можно представить в виде совокупности плоских фацетов, ориентированных под различными углами, .Размеры фацетов существенно превьппают длину волны on- 1 тического излучения, так что диффракционные эффекты пренебрежимо малы и отражение излучения от каждого фацета описывается формулами френеля, связыВающими коэффициент зеркального Отра 45 жения с показателем преломления и локальным углом падения. Внешняя составляющая потока в каком-либо направлении формируется только теми фацетами нормаль к которым совпадает с бис-.

Э

>О сектрисой угла, заключенного между направлениями на излучатель и прием1 ик, так что локальный угол падения

Йзлучения на фацеты равен половине угла между направлениями на излучатель

55 и приемник, На внешнюю составляющую рассеянного лучистого потока накладывается внутренняя составляющая, Обусловлен4 ная рассеянием излучения толщей материала. Интенсивность этой составляющей зависит не только от структуры материала, но и от показателя преломления и шероховатости поверхности материала, а также от угла падения.

Внутренняя составляющая рассеянного лучистого потока неполяризована, а внешняя составляющая — полностью поляризована и сохраняет поляризацию падающего потока, если падающий поток поляризован перпендикулярно или параллельно плоскости падения. . Из сказанного следует, что коэффициенты яркости (3,, PjII определяются только внутренней составляющей, а коэффициенты яркости 3

6 1- суммой внутренней и внешней составляющих. Следовательно, разности (3<1 — 1п :, f3IIII — P п1 хаРактеризуют только внешние составляющие для падающих потоков, поляризованных соответственно перпендикулярно и параллельно плоскости падения, причем индикатрисы этих внешних составляющих совпадают, поэтому отношение упомянутых разностей равно отноШению коэффициентов отражения в перпендикулярно и параллельно поляризованном свете, что и приводит к формуле (2). Зная отношение А, можно вычислить по формуле (1) показатель преломления и, если только в эту формулу в качестве угла падения 9 подставить локальный угол падения, равный половине угла между направлениями на излучатель и приемник .

11огрешность определения показателя преломления будет тем меньше чем больше разности PiL — Pl II P „и — йп1, и поэтому с этой точки зрения следует устанавливать приемник ближе к макси- . муму индикатрисы рассеяния.

Рассмотренные выше зависимости применимы для определения показателя преломления только при соблюдении следующих условии:

1) поверхность материала представима в виде совокупности фацетов, размеры которых много больше длины волны излучения, так что дифракционные эффекты несущественны;

2) отсутствуют многократные переотражения между различными фацетами;

3) внешняя составляющая отраженного лучистого потока полностью поляризованная, а внутренняя — полностью неполяризованная;

16423 участков поверхности дРугими отсут 5 ствуют.

Эти условия выполняются приближенно с достаточной для практических применений точностью.

Были выполнены экспериментальные исследования отражательных характеристик лакокрасочных покрытий с разной фактурой поверхности (всего несколько сотен образцов).

Эти исследования выполняли на гониофотометре с чувствительностью по коэффицйенту яркости 10 с угловым разрешением 30 мин и поляризационной развязкой более 30 ДБ в видимом диапа20 зоне. Измеряли коэффициенты яркости и их индикатрисы при различных углах падения и различных поляризациях на излучение и на прием, а также исследовали профили поверхности на профило25 метре.

Измерения показали, что в пределах точности измерений перечисленные условия соблюдаются для углов падения и наблюдения менее 70 град.

Пример. Требовалось определить показатель преломления поверхности лакокрасочного покрытия (ЛКП), нанесенного на плоскую пластину, на длине волны 0,63 мкм.

Для этого пластину установили на 35 гониофотометре с регулировкой поляри,зации на излучение и на прием и осве тили ЛКП монохроматическим пучком света на длине волны 0,63 мкм.

Установили угол падения равным

45 град.

Приемник разместили в плоскости падения так, что угол между направлениями на излучатель и на приемник составил 90 град, при этом локальный угол падения равен „= 1,89; (1„= 0,30;

40 Р„ц = 046; Р 030, Вычислили по формуле (2) отношение коэнфициентов отражения

P1Z- Р

А = — — — — --= 9,8.

Д -(1

Вычислили показатель преломления

JIK1I по аормуле (1), в которую подставили полученное значение А = 9,8, а в качестве угла падения О. в (1) взяли половину угла между направлениями на излучатель и приемник Ц = 90/2 — 45

90 о

-=45

2 .

4) углы падения и наблюдения больше максимального угла наклона фацетов, так что взаимные затенения одних

Установили линейную поляризацию падающего пучка, перпендикулярную плоскости падения.

Измерили коэффициент яркости 1 при приеме на поляризации, параллельной поляризации освещающего потока, когда поляризация на излучение и на прием одна и та же (перпендикулярная плоскости падения).

33 6

Затеи измерили коэффициент яркости

6 при приеме на ортогональной по1И ляризации по отношению к поляризации освещающего потока, когда поляризация на излучение перпендикулярна плоскости падения, а поляризация на прием параллельна плоскости падения .

После этого установили поляризацию освещающего потока, параллельную плос кости падения, и измерили коэффициент яркости P(tel при приеме на поляризации, параллельнои поляризации падающего потока, когда поляризация на излучение и на прием одна и та же (параллельная плоскости падения), а затем измерили коэффициент яркости при приеме на поляризации, ортогональной поляризации падающего потока, когда поляризация на излучение — параллельная плоскости падения, а поляризация на прием — перпендикулярная плоскости падения.

Измерения коэффициентов яркости, („„, 11,, P <1 выполняли путем сопоставления интенсивности света, рассеянного ЛКП, .с интенсивностью све-. та, рассеянного эталонным образцом сравнения с известными коэффициентами яркости ° В качестве эталонного образца сравнения использовали пластину из молочного стекла И-20, При сопоставлении интенсивностей применяли набор паспортиэированных ослабителей света.

В рассматриваемом примере результаты измерении коэффициентов яркости таковы:

n = tg 45 (Sin 45 (- -«+

0 1 R p 9 8+1

1!2

+ Cos 45 = 1,54.

1642333 п-пл — — -- ° 100 = 1,3 %. пл

1А+1 2

-., = скЦ (ако 8(-) +

AIR

+ соз

9 — угол паденйя освещающего потока на материал;

А — параметр, определяемый отно- 35 шением коэакрициентов отражения света, поляризованного где

Составитель Ю. Грннева

Техред JI.Îëèéíûê Корректор О. Ципле

Редактор И. Циткина

Заказ 1142

Тираж 413

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Таким образом, получили n = 1,54.

В исследованном ЛКП связующим служил сополимер винилхлорида с винилацетатом, омыпенный А-15-0, который, согласно литературным данным, имеет показатель преломления и„ = 1,52.

Отличие измеренного значения показателя преломления от значения n сосл тавляет 10

Формула изобр етения l5

Способ определения показателя преломления материала, включающий освефение материала поочередно двумя монохроматическими световыми потоками,. поляризованными перпендикулярно и па- 70 раллельно плоскости падения, регистрацию интенсивностей. отраженного света

ia направлении зеркального отражения, вычисление отношения коэффициентов отражения и вычисление показателя пре- 5

25 ломления п материала по формуле перпендикулярно и параллельно плоскости падения, отличающийся тем, что,,с целью расширения класса исследуемых материалов путем обеспечения исследования рассеивающих материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием, после регистрации интенсивностеи отраженного света определяют коэффициенты яркости материала при регистрации . на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации ос-. вещающего потока, а параметр А вы- числяют по формуле

6.1- piil

А = — — — — —, в и тце P<< — коэффициент яркости материала при поляризации освещающего потока, перпендикулярной плоскости падения, и регистрации на той же поляризации; коэффициент яркости материала при поляризации освещающего потока, параллельной плоскости падения, и регистрации на той же поляризации, 13 = и (ЗЭК- коэФрнциенты яркости мате- риала при поляризации освещающего потока, перпендикулярной и параллельной плоскости падения соответственно, и регистрации на ортогональной поляризации.