Способ определения показателя преломления оптического материала

 

Изобретение относится к оптике. Способ определения показателя преломления оптического материала включает следующие операции: образец окрашивают люминесцентным красителем, оставляя неокрашенным по крайней мере один из торцов, окрашенную поверхность освещают светом со спектром поглощения люминофора, определяют площадь пятен на фиксированном расстоянии друг от друга, из геометрических построений определяют апертурный угол и по известному углу из формулы sinU_обр=1/n находят показатель преломления. Техническим результатом является возможность измерения показателя преломления толстых пленок. 1 ил.

Изобретение относится к оптике, а точнее к исследованию свойств оптических материалов.

Известен способ определения показателя преломления оптических материалов с помощью гониометра (А.И.Тудоровский, Теория оптических приборов. М.-Л., 1948, т.1, с.170). Для этого из исследуемого материала изготавливают призму с точно известными углами, помещают ее в гониометр и, освещая ее под разными углами, измеряют на гониометре углы выхода лучей из призмы. Зная углы призмы, вычисляют показатель преломления материала. Если материал представляет собой тонкую пленку, то можно с высокой точностью определять показатель преломления материала интерференционными методами с помощью соответствующей аппаратуры (МИИ-4).

Однако, если пленка толстая настолько, что применить интерференционные методы нельзя из-за большой толщины образца, поскольку интерференционная картина расплывается, а гониометрические методы применить нельзя, поскольку пленка для этого недостаточно толстая, то определение показателя преломления такого материала становится крайне затруднительным, особенно, если материал обладает высоким коэффициентом преломления, не давая возможности использовать иммерсионные методы.

Известен метод определения площади пика спектральной кривой (Свердлова О. В., Электронные спектры в органической химии, Л., "Химия", Л,о., 1985, с. 80), заключающийся в вырезании из бумаги фигуры, образованной осью абсцисс, спектральной кривой и двумя ординатами, ограничивающими область определения спектральной кривой и проектирующими ее крайние точки на ось абсцисс. Для определения площади, ограниченной спектральной кривой, сначала определяют взвешиванием на точных весах вес бумаги единичной площади. Затем взвешивают бумажную фигуру. Разделив вес фигуры на вес единичной площадки, определяют площадь фигуры.

Однако, определение показателя преломления по спектральной кривой - сложный процесс, требующий введения и независимого измерения различных поправок (например, на отражение), что не позволяет определять показатель преломления только по площади спектральной кривой.

Задача настоящего изобретения - определение показателя преломления толстых пленок.

Поставленная задача решается следующим образом.

Боковые поверхности исследуемого образца окрашивают люминесцирующим красителем, освещают светом со спектром, совпадающим со спектром поглощения люминофора, по разнице площадей световых пятен определяют апертурный угол и вычисляют показатель преломления материала.

На рисунке представлена схема определения угла, где 1 - площадь апертурного пятна при первом измерении (S₁), 2 - площадь апертурного пятна при втором измерении (S₂).

Пример конкретного выполнения.

Исследуемый образец окрашивают по поверхности люминесцирующим красителем, оставляя неокрашенным, по крайней мере, один из торцов. Окрашенную поверхность освещают светом со спектром поглощения люминофора, нанесенного на поверхность исследуемого образца. Неокрашенный торец образца светится и на достаточно близком от экрана расстоянии освещает на экране пятно с резкими границами, соответствующее апертурному углу исследуемого материала. По этим границам изображение вырезают и взвешиванием на аналитических весах определяют площадь изображения. Затем образец перемещают по отношению к экрану так, чтобы освещенное изображение имело четкие границы (по этой границе изображение предстоит вырезать) и снова определяют площадь изображения. Зная расстояние, на которое был смещен образец, и площади изображений, из геометрических построений определяют апертурный угол образца (U_обр). По известному углу из формулы sin U_обр = 1/n находят показатель преломления n материала.

Для измерений был использован световод - сместитель спектра на основе ПММА размерами 37,4х2 мм². Вначале был измерен вес 1 см² бумаги, который составил 7,525 мг. Затем торец световода - сместителя спектра был изогнут в виде разомкнутого кольца с внутренним диаметром 18 мм и установлен так, чтобы упирался в бумажный экран. Внешние контуры торца обводились на бумаге карандашом и затем вырезались так, чтобы карандашная линия была отрезана. Вес получившейся фигуры составил 30 мг. После этого образец был приподнят над экраном на h=2 мм и вновь резкие границы получившейся на бумаге фигуры были обведены карандашом и фигура вырезалась. Вес этой фигуры составил 40,5 мг. Площадь первой фигуры составила: S₁ = 30,0/7,525 = 399 мм², площадь второй - S₂ = 40,5/7,525 = 538 мм². По формуле S = π r² находим соответствующие радиусы: r₁ = 11,3 мм, r₂ = 13,1 мм. Тангенс апертурного угла образца равен tg U_обр = (r₂ - r₁)/h = (13,1 - 11,3)/2 = 0,9, что соответствует U_обр ~ 42^o. Тогда коэффициент преломления равен n = 1/sin U_обр ~ 1,49.

Описанное техническое решение позволяет измерять коэффициенты преломления материалов, для работы с которыми отсутствует стандартная аппаратура. При толщине пленки ~ 100 мкм интерференционные методы (МИИ-4) перестают работать из-за трудностей наблюдения интерференции в "толстых" образцах, а точное изготовление призм (сама по себе трудная задача) невозможно из-за отсутствия материала нужных размеров (пленка ~ 100 мкм). И если, к тому же, коэффициент преломления измеряемого материала высок так, что есть трудности с иммерсионными средами, то заявляемое техническое решение - практически единственный способ измерить показатель преломления толстых пленок.

Формула изобретения

Способ определения показателя преломления оптического материала, включающий определение площади пятна, освещаемого исследуемым образцом, отличающийся тем, что люминесцентным красителем окрашивают боковые поверхности измеряемого образца, освещают эти боковые поверхности светом со спектром, совпадающим со спектром поглощения люминесцентного красителя, определяют площади световых пятен на экране, расположенном при каждом измерении площади на расстоянии, позволяющем получить резкую границу пятна, по разнице между площадями пятен и расстоянием между ними определяют апертурный угол и вычисляют показатель преломления материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1