Оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражения

 

В. H. Морозов и Б. И. Молочн о

1 (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ НАРУШЕННОГО

ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к техничес. кой физике и предназначено для измерения показателей преломления п и поглощения поглощающих сред, и может быть использовано в химии, нефтехимИи, физической химии для анализа жидких и твердых сред.

Обычно измерение и и упоглощающих сред осуществляется методом нарушенного полного внутреннего отраже-10 ния (НПВО) путем измерения коэффициентов отражения R на границе исследуемой низкопреломляющей среды с высокопреломляющим оптическим элементом (элементом НПВО), Известны различные конструкции элемента НПВО в зависимости от характеристик измеряемой среды и выбранного способа измерений, например, элементы НПВО в виде призмы, в виде ци- в линдрических прямых и изогнутых стерн- ней, стержней конической формы (1) .

Наиболее близким к изобретению является оптический элемент НПВО, вы2 полненный в виде полусферы или полу" цилиндра из высокопреломляющего изотропного материала- с плоской рабочей поверхностью (2) .

Недостатком известного устройства является существенная потеря точности при значительном изменении параметров исследуемой среды, Действительно, оптимальные условия определения показателя преломления среды достигаются при значениях относительного показателя преломления п „;„= — 1, где

Ff о ч

n < - показатель преломления исследуемого вещества, n > - показатель преломления элемента НПВО, и 9

= arcsin по,-,, где Q - угол падения света на образец. Поэтому для сохранения .точности при замене исследуемой среды на другую, отличающуюся на единицы второго-третьего знака после запятой по показателю преломления, необходима перестройка прибора, в частности, замена элемента НПВО на другой, с более близким показателем преломления

3 92820 к показателю преломления исследуемой среды.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений с одновременным повышением точности измерений. 5

Указанная цель достигается тем, что оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражения, выполненный в виде полусферы с плоской рабочей поверхностью, выполнен из опти- 10 чески анизотропного материала с оптической осью, перпендикулярной рабочей поверхности.

На фиг. 1 показан оптический элемент НПВО; на фиг. 2 - зависимость 15 показателя преломления для обыкновенного ир и необыкновенного п4 лучей от угла д- между волновым вектором и оптической осью элемента НПВО. .Элемент НПВО представляет собой 2о полусферу 1 с плоской рабочей поверхностью 2 ° Элемент НПВО выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью ОО, перпендикулярной поверхности 2. 25

Пусть оптический элемент выполнен из одноосного кристалла (например, кальцита или кварца) с оптической осью, ориентированной l плоской по" верхности оптического элемента. Тог- 5В да для луча, поляризованного в плоскости падения зависимость показатеУ ля преломления nð(8) от угла между волнсцьым вектором и оптической осью кристалла (который в этом случае так- З5 же равен и углу падения) имеет вид, аналогичный приведенному на фиг. 2.

Если показатель преломления исследуемого вещества и находится между и и и„, то оптимальные условия до- 4о

I стигаются, когда ир (&) = n> и

& = arcsin(n /n {8) ), т,е. оба словия оптимальности, приведенные выше, выполняются одновременно. Переход к другому веществу с показателем

tj Ф преломления и„из диапазона и, — и, I требует лишь йзменения угла падения

11, на 8. = arcsih(â€, †-), причем одноврее менно выполняется условие и, = и (& ) .

Если у. - угол падения света на границу раздела и, одновременно, угол между оптической осью и волновым вектором, то показатель преломления исследуемого вещества определяется по известным формулам, Таким образом, предлагаемое изобретение значительно упрощает процесс измерения при одновременном увеличении точности и позволяет заменить набор оптических элементов НВПО с различными показателями преломления одним элементом из оптически анизотропного материала, что расширяет диапазон измерений с помощью одного элемента НПВО.

Формула изобретения

Оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражения, выполненный в виде полусферы с плоской рабочей поверхностью, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измереа ния, он выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью, перпендикулярной рабочей поверхности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Молочников Б. И. и др. Рефрактометры для определения оптических постоянных сред. М., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1979, с. 6-40.

2. Харрик Н. Спектроскопия внутреннего отражения. М., "Мир", 1970, с. 95-100 (прототип).

928204 и, и, Составитель Н.. Гусева

Редактор Н.Ромжа Техред И. Рейвес . Корректор H. СтеЧ

Заказ 3226/54 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4