Способ измерения показателя преломления

Способ измерения показателя преломления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, включающий разделе ние 1монохромат11 1ески ; поляризованного света на два пучка, их пропускание через эталонное с показателем преломления г и исследуемое с показателем преломления п вещества , помещенные соответственно в эталонную и рабочую кюветы, сведение обоих пучков света и определение показателя преломления по положению экстремумов характерной картины взаимодействующих пучков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, пропускание обоих пучков света осуществляют чеоез размещенные в (toH Где Ь - глубина щелей; - угловая координата первоследовательно расположенных эталонной и исследуемой кюветах щели равной ширины t с расстоянием t меядду ними, образованные двумя полуплоскостями , одна из которых сдвинута относительно другой в направлении распространения света, и экраном , размещенным в зазоре между полуплоскостями на границе эталонной и исследуемой кювет, при этом перед пропусканием пучков света через эталонное и исследуемое вещества дополнительно пропускают пучки света через пустые кюветы, сводят пучки S света и фиксируют исходное положение первого экстремума дифракционноинтерференционной картины, затем после сведения прошедших через заполненные кюветы пучков света верхнюю полуплоскость, размещенную в эталонной кювете, смещают вдоль направления распространения света до тех пор, пока первый экстремум Ч дифракционно-интерференционной кар;о тины не возвратится в исходное положение , которое он занимал при пустых кюветах, измеряют смещение &Ь верхней полуплоскости, а показатель преломления исследуемого вещества определяют по формуле го экстремума дифракционноинтерференционной картины. )-n,-№Mli)-5Jn4 i:V 4(ipH)()-Sm4 -2 hSinY.n;L(toU)-h-siny.. (to+t)-b -S nfl-n

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3722988/24-25 (22) 30.03.84 (46) 15..09.85. Бюл. В 34 (72) Б.В.Старостенко и А.А.Арефьев (71) Алтайский политехнический институт им. И.И.Ползунова (53) 535.24(088.8) (56) Лейкин M.Â., Молочников Б.И.

Автоматические рефрактометры, ОМП, 1973, Ф 12, с. 59-65.

Патент США - 39999856, кл. С 01 N 21/45, 1976. (4И + () n„-(И й11) Мп P)+ (4(1р t) n,--(b+Dn) Sing) — 24h з1пТ п1 ((t 1.)-h Зю Т).

nz41 (fî+ t) 4 S n P) где и — глубина щелей, — угловая координата первого экстремума дифракционноинтерференционной картины. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, включающий разделение монохромати4ески: поляризованного света на два пучка, их пропус- какие через эталонное с показате- лем преломления ц и исследуемое с показателем преломления и вещества, помещенные соответственно в эталонную и рабочую кюветы, сведение обоих пучков света и определение показателя преломления по положению экстремумов характерной картины взаимодействующих пучков, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, пропускание обоих пучков света осуществляют через размещенные в по„„ЯЮ„„9171 А следовательно расположенных эталонной и исследуемой кюветах щели равной ширины t с расстоянием tð между ними, образованные двумя полуплоскостями, одна из которых сдвинута относительно другой в направлении распространения света, и экра. ном, размещенным в зазоре между полуплоскостями на границе эталонной и исследуемой кювет, при этом перед пропусканием пучков света через эталонное и исследуемое вещества дополнительно пропускают пучки света через пустые кюветы, сводят пучки света и фиксируют исходное положение первого экстремума дифракционноинтерференционной картины, затем после сведения прошедших через заполненные кюветы пучков света верхнюю полуплоскость, размещенную в эталонной кювете, смещают вдоль направления распространения света до тех пор, пока первый экстремум дифракционно-интерференционной картины не возвратится в исходное положение, которое он занимал при пустых кюветах, измеряют смещение hg верхней полуплоскости, а показатель преломления исследуемого вещества определяют по формуле

9171 2 пор, пока первый экстремум дифракционно-интерференционной картины 10 не переместится в фиксированное положение первого экстремума дифракционно-интерференционной картины 9.

Угловую координату экстремума определяют с помощью диафрагмы 11 и фотоприемника 12.

Интенсивность света двух интерферирующих пучков с одинаковой интенсивностью описывается уравнением

1= 2 g,(1 . cos ч ), где 7г. — интенсивность падающего света; — интенсивность в точке интерференции пучков света, — разность фаз между пучками света.

Распределение интенсивности дифракционной картины, полученной на щелях с пространственно разнесенными полуплоскостями, описывается выражением!

ЮVi

s

z (гг-ь tg<) з;, г) vç o I < < „, . . з зг 3 os з (г(га t) зз h з и Чзз) г) ЯД 1 - 9 37 5 г ) Аг

Минимум интерференции двух пучков получается тогда, когда разность фаз между ними равна или кратна половине длины волны

qi = — (() s nlq -Ъз п Тд = (4)

50 или разность хода равна преломления )l (кривая 10 на чертеже) разность хода равна

1 (4(, " г 2Ъ з п1 яп г-3h sih ã= где PZ — угол дифракции света в среде с показателем преломлег

При смещении верхней полуплоскости эталонной кюветы на расстояние

hh так, что первый минимум интерференционно-дифракционной картины перемещается в исходное фиксированное положение с координатой Рг, как при пустых кюветах, и учитывая, что.ч

2 ((о ) 5)п з 1з з"п з)) 1 l 17

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения показателя преломления жидких, твердых и газообразных веществ при решении производственных и научно-исследовательских задач.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже приведена схема изме- 10 рения.

Лучок света от лазера 1 полуплоскостями 2 и 3 и экраном 4 разделяют на два пучка, оба пучка пропускают через эталонную кювету 5 и рабо- 15 чую кювету 6. Полуплоскость 2, экран

4 шириной 1„и вторую полуплоскость

3 располагают так, что они образуют две щели шириной, а. экран 4 и полуплоскости 2 и 3 смещены от- 20 носительно друг друга на расстояние 1г, верхняя и нижняя полуплоскости в плоскости экрана разделены прозрачной перегородкой так, что они образуют эталонную и рабочую кю- 25 веты. Затем свет, дифрагирующий на полуплоскостях 2 и 3 и экране 4, пропускают через линзу 7, и в фокальной плоскости 8 получают дифракицонно-интерференционную картину 9. Эта- 30 лонную кювету 5 заполняют веществом с известным показателем преломления

II, а рабочую кювету — исследуемым веществом с показателем преломления пг, при этом в фокальнои плоскости

8 получают дифракционно-интерференци. онную картину 10. Полуплоскость 2 смещают на расстояние 5 1 до тех

При заполнении верхней кюветы 5 55 эталонным веществом с показателем преломления и и нижней кюветы 6— исследуемым веществом с показателем где 7 — интенсивность света дифракY ции от одной щели в направлении у

Интенсивность интерференции пуч. ков света, дифрагирующих на щелях эталонной и рабочей кювет, можно описать уравнением (кривая 9 на чертеже) .

11791

2tl1 2 Ла 22нт

- -аи 2-=н разность хода

2ttl2 2 ttt S2ttV 2 2 пучков можно описать уравнением (6)

Q(f. (.) . S

Ь п Рз-ЗЬ г - Ь+йй) — = 22 "и з па пя п - п

Из уравнения (5) и (6) получим (41(1о+c)

Предложенный способ отличается от известных способов измерения показателя преломления тем что диЭ

; 15 фракционная картина от щели модулируется интерференцией пучков света от двух щелей. Это позволит в экстремальных точках дифракционно-интерференционной картины, расположенных вблизи зоны нулевого максимума дифракции, получить крутые перепады интенсивности и, следовательно, увеличить точность измерения координаты экстремума, а значит, и точность измерения показателя преломления. Кроме того, компенсация искажения дифракционно-интерференционной картины путем смещения экстремума в заранее заданное фиксированное положение также позволяет повысить 30 точность измерения. Последовательное

71 4

4(1-о <) n,,n,--(1+&) sinV, n<-3h зт и хЛ +t)nг n<,-" 2h. n Ç пг п (7)

Решая уравнение (7) относительно измеряемого показателя преломления и получим соотношение

h) 22н 22) -24,h 2 tt Fз н ((22 t)-h 22н тз

s n з) расположение кювет создает конструктивную простоту реализации способа.

Использование предложенного способа позволяет повьзсить точность изме; рения показателя преломления за счет использования интерференции света, дифрагирующего на двух щелях со сме- щенными полуплоскостями, при этом компенсируется разность хода пучков света, возникающая вследствие их дифракции в веществах с разными показателями преломления; повысить чувствительность измерения путем концентрации света в весьма малых объемах вещества, исследовать прозрачные вещества в неограниченном диапазоне, не предъявлять высоких требований к конструкции и юстировке элементов схемы.

1179)71

Составитель С.Голубев

Техред С.йовжий Корректор Л.Бескид

Редактор Т.Веселова

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

Заказ 5654/42 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий

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