Способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения показателя преломления оптически прозрачных материалов. Предлагается способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ с последующим их расчетом. При этом предварительно спрессованный нано- или ультрадисперсный порошок помещают в воздушную среду и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ на воздухе, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе (n1), после чего помещают исследуемый спрессованный материал в оптически прозрачную иммерсионную жидкость, обеспечивающую отсутствие химического взаимодействия и хорошую смачиваемость исследуемого материала, и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ в иммерсионной жидкости, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости (n2), после чего рассчитывают показатель преломления исходного нано- или ультрадисперсного порошка. Данное изобретение позволяет обеспечить возможность определения показателя преломления веществ, изначально находящихся в высокодисперсном порошковом состоянии. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения показателя преломления оптически прозрачных материалов.

Известен эллипсометрический способ определения показателя преломления поверхности материалов. Известный оптический способ основан на анализе состояния поляризации отраженного монохроматического пучка света, который дает информацию об оптических характеристиках - показателе преломления (n), коэффициенте поглощения (k). Суть его заключается в измерении эллипсометрических углов Δ и ψ, которые связаны с оптическими постоянными поверхности формулами Френеля. В случае исследования однородной полубесконечной среды (поверхности массивного образца) показатель ее преломления вычисляют, используя следующие уравнения:

где Φ0 - угол падения анализируемого пучка света, и - измеренные элипсометрические параметры чистой поверхности, n0 - показатель преломления внешней среды (воздух и др.)

Однако известный способ предназначен для определения оптических параметров только монолитных сплошных образцов, которые обеспечивают отражение зондируемого луча света с его минимальным рассеянием.

Таким образом, перед авторами стояла задача обеспечить возможность определения показателя преломления веществ, изначально находящихся в высокодисперсном (наноразмерном или ультрадисперсном) порошковом состоянии.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе определения показателя преломления оптически прозрачного материала путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ с последующим расчетом по соответствующим формулам, в котором предварительно спрессованный нано- или ультрадисперсный порошок помещают в воздушную среду и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ на воздухе, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе (n1), после чего помещают исследуемый спрессованный материал в оптически прозрачную иммерсионную жидкость, обеспечивающую отсутствие химического взаимодействия и хорошую смачиваемость исследуемого материала, и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ в иммерсионной жидкости, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости (n2), после чего рассчитывают показатель преломления исходного нано- или ультрадисперсного порошка по формуле:

,

где , nc - показатель преломления иммерсионной жидкости, n1 - показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе, n2 - показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости,

.

В настоящее время не известен способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала с использованием метода одноволновой иммерсионной эллипсометрии, в котором показатель преломления нано- или ультрадисперсного порошка определяют предлагаемым способом.

В ходе эксперимента авторами рассматривалась модель, представляющая собой спрессованный исходный порошок и состоящая из частиц исходного порошка и воздушных пор, неизбежно возникающих при прессовке. Суть предлагаемого способа заключается в измерении эллипсометрических параметров Δ и ψ предварительно спрессованного исследуемого порошка при его погружении во внешние среды, имеющие отличные друг от друга показатели преломления n0 (фиг. 1). В отличие от определения оптических параметров поверхности сплошной монолитной среды, в случае прессованного порошка оптические параметры не могут быть определены с использованием классических эллипсометрических уравнений. Авторами разработан способ определения показателя преломления вещества в порошкообразном состоянии, в котором проводят иммерсионные измерения с использованием дополнительного показателя преломления, в качестве которого используют значение внешнего параметра - n0 внешней среды. В первую очередь определяют показатель преломления спрессованного образца, измеренный в воздушной среде - n1, затем в выбранной иммерсионной жидкости - n2. Авторы рассматривали показатель преломления как функцию двух составляющих, а именно показателей преломления спрессованного порошка в двух иммерсионных средах. Из частного случая основного уравнения эллипсометрии для полубесконечной среды (1) определяем n1 и n2:

где n0 - показатель преломления воздуха (n0=1); nc - показатель преломления иммерсионной жидкости (этиловый спирт);

Истинное значение n исходного порошка рассчитывают, используя уравнение Максвелла-Гарнетта для поляризуемости молекул:

где q = объемная доля порошка в прессованном образце; (1-q) - объемная доля пор.

Имеем : ; ;

Обозначим ; ;

Вместо системы уравнений (4) получим:

После преобразований получаем биквадратное уравнение:

,

где ; .

Принимая, что n42, получаем:

после чего рассчитывают показатель преломления исходного нано- или ультрадисперсного порошка по формуле:

где ; ; , nc - показатель преломления иммерсионной жидкости, n1 - показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе, n2 - показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости,

.

В ходе измерений определяют не только показатель преломления исходного порошка, но и степень пористости полученного прессованного образца (1-q). При этом необходимо соблюдения определенных требований к используемой иммерсионной среде:

1. Жидкость не должна химически взаимодействовать с порошком и растворять его.

2. Должна обеспечиваться хорошая смачиваемость.

3. Жидкость должна быть оптически прозрачной.

Предлагаемый способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала осуществляется следующим образом. Исходный оптически прозрачный порошок с частицами нано- или ультрадисперсного размера прессуют в таблетки под давлением 300 кг/см2. Полученный прессованный образец сначала помещают в воздушную среду и определяют его показатель преломления на воздухе, используя формулу (2). Затем образец погружают в иммерсионную жидкость и определяют его показатель преломления в иммерсионной жидкости, используя формулу (3). После чего по формуле (7) находят показатель преломления исходного порошка.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Промышленно полученный порошок гидроксида алюминия (удельная поверхность - 7 м2/г), имеющий структуру бемита АlOOН, был спрессован в таблетки под давлением 300 кг/см2. Значения эллипсометрических параметров Δ и ψ на воздухе (n0=1) при угле падения луча света на образец ϕ=82° составляли Δ=0.01°, ψ=35.87°, значение n1, рассчитанное по формуле (2), n1=1.5. При погружении таблетки в специальную кювету (ϕ=82°) с этиловым спиртом (n0=1.364) (фиг. 1) значения Δ, ψ составляли: Δ=3.9°, ψ=39.82°, значение n2, рассчитанное по формуле (3), n2=1.58. С использованием уравнения (7) рассчитан показатель преломления исходного порошка, равный n=1.62, что согласуется со справочными данными по оптическим константам гидроксида алюминия - бемита (n=1.634-1.67). Объемная доля оксида в порошке составила q=0.85, таким образом, пористость составила - 15%.

Таким образом, авторами предлагается высокоточный способ определения показателя преломления оптически прозрачных порошков с использованием метода эллипсометрии.

Способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ с последующим расчетом по соответствующим формулам, отличающийся тем, что предварительно спрессованный нано- или ультрадисперсный порошок помещают в воздушную среду и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ на воздухе, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе (n1), после чего помещают исследуемый спрессованный материал в оптически прозрачную иммерсионную жидкость, обеспечивающую отсутствие химического взаимодействия и хорошую смачиваемость исследуемого материала, и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ в иммерсионной жидкости, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости (n2), после чего рассчитывают показатель преломления исходного нано- или ультрадисперсного порошка по формуле:

где σ=(с-1); , nc - показатель преломления иммерсионной жидкости, n1 - показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе, n2 - показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости,



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области для измерения физических свойств контактных линз. В заявленном устройстве для измерения волнового фронта офтальмологического устройства и способе, реализующем заявленное устройство, производят выравнивание системы волнового фронта офтальмологической линзы, содержащей устройство для измерения физической характеристики офтальмологического устройства, выполняют оптическое измерение оптической оправки и хранение этого измерения интенсивности оптической оправки в качестве справочного файла интенсивности.

Изобретение относится к рефрактометрам. Оптическое устройство для измерения показателя преломления прозрачных твердых веществ образцов с толщиной 0,2-1 мм.

Изобретение используется для контроля качества многослойных сверхпроводников в процессе изготовления. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе изготовления ленточного сверхпроводника исследуемые поверхности облучают световым потоком и регистрируют параметры отраженного светового потока, по которым определяют показатели преломления слоев.

Последовательный датчик волнового фронта большого диоптрийного диапазона для коррекции зрения или выполнения оценочных процедур включает в себя устройство для сдвига волнового фронта и выборки волнового фронта.

Изобретение относится к получению и исследованию метаматериалов, в частности к оптической диагностике материалов с отрицательным показателем преломления. В способе определения оптического метаматериала, включающем падение коллимированного светового пучка под углом на пластинку исследуемого материала, на обе ее поверхности наносят диэлектрические и непрозрачные для светового пучка покрытия, при этом световой пучок проходит внутрь пластинки через входное окно, соизмеримое с толщиной пластинки и выполненное по центру в одном из покрытий.

Изобретение может быть использовано для определения показателя преломления вещества частиц, образующих упорядоченные многослойные дисперсные структуры, такие как фотонные кристаллы и коллоидные кристаллы.

Изобретение относится к области исследования или анализа веществ и материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к рефрактометрическим датчикам оценки качества топлива.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к рефрактометрическим средствам измерения показателя преломления жидких и пастообразных веществ, порошков и т.п.

Изобретение относится к носителю (11) и устройству (100) для оптического детектирования в образце (1) в камере (2) для образца. Носитель (11) содержит оптическую структуру (50) для преломления входного светового пучка (L1) в прилегающую камеру (2) для образца, а также для сбора выходного светового пучка (L2) из светового излучения, порожденного в камере (2) для образца входным световым пучком.

Предлагаемое изобретение относится к оптическим измерениям. Способ измерения показателя преломления газовых сред основан на измерении частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум выбранной моды высокостабильного интерферометра Фабри-Перо, когда межзеркальное пространство заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения показателя преломления монохроматической поверхностной электромагнитной волны инфракрасного диапазона. Способ включает в себя генерацию волны на плоской поверхности образца, размещение на пути волны плоского зеркала, отражающая грань которого наклонена относительно нормали к поверхности образца в сторону направления распространения волны, регистрацию отраженного зеркалом излучения и расчет показателя по результатам измерений. Регистрацию излучения осуществляют на поверхности образца. Зеркало размещают в плоскости, не содержащей нормаль к плоскости падения излучения. При проведении измерений плавно увеличивают от нуля угол α между нормалью к плоскости образца и зеркалом, фиксируют такое его значение α*, при котором интенсивность регистрируемого излучения обнуляется. Величину показателя рассчитывают по формуле: Технический результат заключается в уменьшении продолжительности и трудоемкости измерений. 3 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения диэлектрической проницаемости металла в терагерцовом диапазоне спектра. Способ включает в себя возбуждение зондирующим пучком поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) на плоской поверхности металлического образца, измерение длины распространения ПЭВ и определение ее фазовой скорости, расчет комплексного показателя преломления ПЭВ по означенным ее характеристикам и определение диэлектрической проницаемости металла путем решения дисперсионного уравнения ПЭВ для волноведущей структуры, содержащей поверхность образца. При проведении измерений на поверхность предварительно наносят однородный слой диэлектрика с известными оптическими постоянными толщиной от сотой до десятой доли длины волны излучения источника. Технический результат заключается в повышении точности измерений.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использована для определения характеристики изотипического состава иммунных комплексов в образце биологической жидкости, полученном от субъекта. Для этого проводят: (а) Обеспечение исходного образца биологической жидкости от субъекта; (б) Получение для указанного образца спектра динамического светорассеяния (ДСР), который содержит пики, соответствующие частицам разного размера, которые присутствуют в указанном образце; (в) Приведение указанного образца в контакт с по меньшей мере одним веществом, которое специфически связывается с иммуноглобулинами одного или нескольких изотипов, содержащихся в образце; (г) Удаление из указанного образца комплексов, содержащих указанное вещество с получением обработанного образца; (д) Получение спектра ДСР обработанного образца, полученного на стадии (г), который содержит пики, соответствующие частицам разного размера, которые присутствуют в указанном обработанном образце; (е) Сопоставление спектра ДСР, полученного на стадии (б), со спектром, полученным на стадии (д), на основании отличий спектра указанного обработанного образца и спектра, полученного для исходного образца, определяют характеристику изотипического состава иммунных комплексов, присутствующих в указанном образце биологической жидкости. Также предложена диагностика заболевания или состояния у субъекта на основании определения характеристики изотипического состава иммунных комплексов в образце биологической жидкости, полученном от субъекта, и набор для данной диагностики. Группа изобретений обеспечивает повышение диагностической и прогностической информативности выявления значимых для медицинских целей антигенов в биологических жидкостях. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 табл., 6 пр.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и описывает способ контроля качества продуктов путем сравнения оптических характеристик исследуемого продукта с соответствующими оптическими характеристиками эталонных продуктов и устройство, реализующее предлагаемый способ. В качестве оптических характеристик продукта используют показатели преломления в нескольких спектральных диапазонах и координаты цветности. Заявленное изобретение предназначено для контроля качества продуктов путем сравнения оптических характеристик исследуемого продукта с соответствующими оптическими характеристиками эталонных продуктов, либо занесенными в предварительно сформированную базу данных, либо полученными для эталонного образца непосредственно перед измерениями исследуемого образца. Одновременно с измерением показателя преломления измеряют координаты цветности исследуемого продукта и найденные значения сравнивают с показателями преломления и координатами цветности эталонов, причем показатели преломления продукта и координаты цветности определяют по одним и тем же выходным сигналам многофункционального матричного фотоприемного устройства (ММФПУ). Устройство определения качества продуктов представляет собой устройство, содержащее блок источников света, в котором установлены светодиоды с различной длиной волны излучения R (красный), G (зеленый), В (синий). За светодиодами установлен светорассеиватель, призванный выровнять диаграммы направленности светодиодов и смешать их излучение в единый интегрированный многоспектральный световой поток. Диафрагма, формирующая расходящейся световой поток, расположена перед измерительной призмой, рабочая грань которой служит плоскостью раздела исследуемого продукта и призмы. При помещении продукта в кювету оптическая система формирует резкие границы тени и света на фоточувствительной поверхности ММФПУ для каждого спектрального диапазона. Далее полученные RGB электрические сигналы подаются на вычислительное устройство, в котором формируются показатели преломления и координаты цветности исследуемого продукта. Полученные значения сравнивают со значениями образца, выбранного за эталон, и по величине отклонений полученных значений определяют качество исследуемого продукта. Технический результат – повышение точности, ускорение и автоматизация процесса измерения и упрощение конструкции. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения показателя преломления оптически прозрачных материалов. Предлагается способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ с последующим их расчетом. При этом предварительно спрессованный нано- или ультрадисперсный порошок помещают в воздушную среду и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ на воздухе, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала на воздухе, после чего помещают исследуемый спрессованный материал в оптически прозрачную иммерсионную жидкость, обеспечивающую отсутствие химического взаимодействия и хорошую смачиваемость исследуемого материала, и определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ в иммерсионной жидкости, а затем рассчитывают показатель преломления исследуемого спрессованного материала в иммерсионной жидкости, после чего рассчитывают показатель преломления исходного нано- или ультрадисперсного порошка. Данное изобретение позволяет обеспечить возможность определения показателя преломления веществ, изначально находящихся в высокодисперсном порошковом состоянии. 1 ил.

Наверх