Интерференционный способ измерения абсолютного коэффициента преломления

Е И ЕТЕНИЯ ьсв 0 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕведомство сссР тгоспАтент СССР) ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(4) КН 7 ЕРФЕРЕНЦР 1 ОННЫЙ СПОСОБ ЗМЕРЕН 1 Я БСОЛ 1 ОНОГО 1 ОЭффИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ(7) Изобретение относится к еперференциощым методам измерения абсолютного коэффициента преломпемя твердых жидких и газообразных сред в неорганиченном диапазоне частот электромагнитного излучения и может быть использовано в метрологии для создания Государственных эталонов и средств высших разрядов измерения абсолютного коэффициента преломления для научных исследований в медицине, биологии, фармакологии химии, гидрофизике, теппофизике, а также в промыапенности дпя контроля оптических свойств различных сред Целью изобетения является повыИ 9) Б 31 а) Щ 45 Д А 1(51) 1 21 4 шение точюсти и упрощение измерении. В вакуумной камере 2 создают еперференционную картину от широкополосного источника 6 электромагнитного изпучееа Затщ в одно из плеч интерферометра 1 вводят исследуемый образец 12 с известной толщиной Ь и перемещением отражательного элемента 5 ювтерферометра 1 повторно создают интерфервнциоеую картину с одновременным измерением веаеаее Ь этого перемещения а абсолютный коэффициент преломления вычисляют по формуле и 1+Ь/Ь Поскольку, точность фиксации интерференциоаюй картины определяся длиной Ы когерентности излучения широкопоосного источнва 6 как ЬЬ с/2 Ьи (где с - скорост ета, а Ьм - полоса излучения источника 6), то при Ва Э 10 Гц достигается точность изменрене абсолютного коэффициента преломленияокуда 50 55 Изобретение относися к способам и устройствам для измерения абсолютного коэффициента преломления интерференционным методом, в частности, для измерения оптических свойств твердых сред,Целью изобретения является повышение точности и упрощение измерений,На фиг,1 изображен схематически один вариант устройства для реализации способа; на фиг,2 - второй вариант устройства.Устройство (фиг.1) содержит интерферометр 1, заключенный в вакуумную камеру 2 и образованный оптически связанными опорным отражательным элементом 3, делительным элементом 4 и подвижным отражательным элементом 5, образующим измеряемое плечо интерферометра 1, Вход интерферометра 1 оптически связан с источником б широкополосного электромагнитного излучения через конденсор 7 и прозрачное окно 8 вакуумной камеры 2. Выход интерферометра 1 связан с регистратором 9 интерференционной картины через прозрачное окно 10 камеры 2. Вакуумная камера 32 снабжена подвижным держателем 11 образца 12 с возможностью введения последнего, например, в измеряемое плечо интерферометра 1. Подвижный отражательный элемент 5 вмонтирован в торец штока 13, который связан с механизмом 14 перемещения и измерителем 15 перемещения механического типа,Во втором варианте устройства для реализации способа фиг.2) для повышения точности измерения коэффициента преломления измеритель 15 перемещения выполнен в виде заключенного в вакуумную камеру 1 б второго интерферометра 17. образованного делительным элементом 18, опорным отражательным элементам 19 и вмонтированным в противоположный торец штока 13 отражательным элементом 20, Вход интерферометра 17 оптически связан с источником 21 лазерного излуче,п 1 я ерез прозрачное окно 22 вакуумной камеры .б. Выход интерферометра 17 через прпзрач ное окно 23 вакуумной камеры 16 оптически связан с фотоприемником 24. выход которого подключен к регистратору 25 перемеще ния.Отражательные элементы 3, 5, 19 20 интерферометров 1 и 17 выполнены в виде уголкоеого отражателя. Широко:гтосный источник б электромагнитного излучения выбирают в зависимости от частотного диапазона прозрачности исследуемого образца 12. Например, для оптически прсзрачнык образцов может быть использована лампа ДАЦ, а для непрозрачных сред р;.нтгено вская трубка типа 4 БТУ 3 250. В кз естве 10 15 20 25 30 35 40 источника 2лазерного излучения использован лазер ЛГ. В качестве измерителя 15 перемещения механического типа использован прибор ИЗВ, обеспечивающий диапазон измерений перемещений 0-250 мм и предельно допустимую погрешность измерения перемещения (1,4 + 140 ) мкм, где- величина перемещения. Механизмом перемещения 14 служит винт с микро- метрической резьбой. В качестве регистратора 9 интерференционной картины использован приемник электромагнит- наго излучения с соответствующей областью спектральной чувствительности с токаизмерительным прибором (например, для белого света используют фотодиод ФД КП с микроамперметром М, а также . коан для визуальной регистрации интерфе,;е.;цианной картины), В качестве фотопримка 24 используют фотодиод ФДКП,Способ осуществляют следующим образом, Для создания интерференционной картины в вакууме освещают интерферометр 1 источником 6 широкополосного излучения через конденсор 7 и прозрачное окно 8. Перемещением отражательного элемента 5 с помощью механизма 14 перемещения добиваются получения интерференционной карти н ы без образца 12. Поя влен ие интерференионной картины фиксируется регистратором 9, При этом оптическая разность плеч Линтерферометра (разность оптических путей от делительного элемента 4 да опорного отражательного элемента 3 и от делительного элемента 4 до подвижного отражательного элемента 5) не превосходит 0,1 мкм, так как появление интерференционной картины происходит при условии где с - скорость света,Ли- ширина спектра источника б, При Лю = 1.5 10 Гц, с = 3 10 см/с получаем Л0,1 мкм, Затем на пути одноо из интерферирующих лучей помещают исследуемый плоскопараллельный образец 12 с известной толщиной Ь образца вдоль направления луча. Перемещением подвижного отражательного элемента 5 с помощью механизма 14 повторно добиваются получения интерференционной картины. Одновре1554573 менно измерителем 15 механического типа фиксируется величина этого перемещения, которая соответствует изменению Лразности хода интерферирующих лучей при внесении образца, равной Л- Цп), Откуда коэффициент преломления-1+й 10 15 20 25 30 где Л измеряется измерителем 15 перемещения.Измерение величины перемещения подвижного отражательного элемента 5 для повторного получения интерференционной картины (после внесения образца 12) производится с помощью интерферометра 17, освещаемого источником 21 лазерного излучения через прозрачное окно 22 вакуумной камеры 16, При перемещении штока 13 отражательными элементами 5 и 20 с помощью механизма 14 на выходе интерферометра 17 наблюдаются периодические изменения интенсивности, которая фотоприемником 24 преобразуется в электрический сигнал, поступающий на вход регистратора 25 перемещения. Регистратор 25 перемещения вычисляет величину Ь 1 измерения разности хода интенферирующих лучей интерферометра 1 при внесении образца 12. Определение коэффициента и преломления осуществляется также, как и при работе устройства по фиг.1, т.е, и" 1+ Ьй 35 мещения, по которому судят о коэффициенте преломления исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повыше ния точности и упрощения измерений, интерференционную картину формируют из двух лучей в.вакууме в белом свете, 1 сследуемый образец вносят в один из интерфе-, рирующих лучей, а отражатель 45 интерферометрв перемещают на величинуЫ., соответствующую повторному получению интерференционной картины, причем коэффициент преломления п исследуемого материала определяют по формуле 50 и = 1+ Ь./Ь. Формула изобретенияИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ, включающий формирование в интерферометре с подвижным отражателем интерференционной картины, изменение разности хода интерферирующих лучей путем внесения исследуемого плоскопараллельного образца с известной толщиной и в интерферометр и его компенсацию путем перемещения отражателя интерферометра с одновременной регистрацией этого переПогрешность измерения абсолютного коэффициента преломления равна 6 10. П ри этом абсолютный коэффициент преломления будет измерен для среднего значения диапазона спектральной чувствительности фотодиода ФДКП, т.е. для длины волны 0,77 м (красная область),Изобретение применимо как к твердым средам, так и к жидкостям и газам без существенных изменений, Для измерения абсолютного коэффициента преломления жидкостей и газов следует вместо образца 12 закрепить на держателе пустую кювету с известной толщиной и между ее внутренними стенками, ввести пустую кювету в плечо интерферометра и перемещением штока 13 получить интерференционную картину, Затем необходимо заполнить кювету исследуемой жидкостью или газом и перемещением штока 13 повторно добиться получения интерференционной картины с одновременным измерением величины Ь перемещения штока 13, по которому вычисляют абсолютный коэффициент преломления.(56) Авторское свидетельство СССР Ь 730087, кл. 6 01 й 21/45, 1973,Буслаева В,Е. и др, Государственный первичный эталон единицы показателя преломления. - Измерительная техника, М 4, 1985, с.3-4,1554573 оставитель С.Голубевхред М.Моргентал Редактор Н,Коляда Р С.Патрушева аэ 3336 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина 10