Рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения

.А.Аник Отражательншиностроение соб измереения погло, У 8, с. 38УШЕННОГО .ПОЛНОтся к области ения и предвещественеломления тельно прозСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ И(56) Лейкин М.В. и др.рефрактометрия. Л.: Ма1983, с. 120-132.Пеньковский А.И. Спония показателей преломлщающих сред. - ОМП, 198(54) РЕФРАКТОМЕТР НАРГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ(57) Изобретение относиоптического приборостроназначено для измеренияной части показателя прпоглощающих сред относи рачной высокопреломляющей среды с . известным показателем преломления, С целью повышения точности измерений высокопреломляющий оптический элемент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы с центром кривизны на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой, а на его нерабочей плоской поверхности закреплены поляризационный фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на оптический элемент пучок света шириной Й смещен относительно ребра, образованного его рабочей и нерабочей поверхностями, на величину й/2 14 Ь -(д/2), где Ь - ширина рабочей поверхности оптического элемента в плоскости падения. 1 ил.Изобретение относится к оптикомеханическим приборам и предназначено для измерений вещественной части и комплексного показателя преломуления и = и - М исследуемых 5 поглащающих сред, например жидкостей с показателем поглощения м0,02, относительно прозрачной высокопреломляющей среды (например, стекла) с известным показателем преломления и,Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции.На чертеже изображена принципиальная схема рефрактометра нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).Устройство содержит осветитель, состоящий иэ источника 1 света и конденсатора 2, коллиматор с диафрагмой 3, которая установлена в фокусе , объектива 4, измерительный блок в виде высокопреломляющего оптического элемента 5 с цилиндрической входной поверхностью, центр кривизны которой находится на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой 6. На расстоянии 0,1-0,3 мм от цилиндрической поверхности элемента 5 установлена неподвижно отрицательная плоско-вогнутая З 0 линза 7, показатель преломления и радиус кривизны которой равны показателю преломления и радиусу кривизны элемента 5. Элемент 5, кювета 8 с исследуемой средой 6 укреплены на лимбе 9 углоизмерительного устройства 10, причем так, что центр кривизны оптического элемента 5 совпадает с центром вращения лимба 9 углоиэмерительного устройства 1 О. 40 Высокопреломляющий оптический элемент 5 имеет дополнительную плоскую поверхность, перпендикулярную рабочей поверхности и проходящую через центр кривизны элемента 5, На45 этой дополнительной плоской поверхности с помощью оптического клея закреплены поляриэационный фильтр 1 и дополнительное зеркало 12. Плоскость пропускания поляризационного фильтра 50 1 составляет угол 45 или ", 45 по отношению к плоскости падения света. После объектива 4 коллиматора по ходу лучей установлены интерференционный 13 и поляриэационный 14 фильтры, магнитооптический модулятор 15, четвертьволновая пластина 16 и второй магнитооптический модулятор 17. Плоскость лропускания поляризационного фильтра 14 взаимно ортогональна плоскости пропускания поляризационного фильтра 11 и составляет соответстс овенно угол -45 или 45 по отношению к плоскости падения света. Главные оси четвертьволновой пластинки 16 соответственно совпадают с плоскостями пропускания поляризационных фильтрор 1 и 14. Модуляторы 15 и 17 выполнены одинаково и питаются переменными токами одной и той же частоты, например частоты сети д, но в противофазе. Предлагаемое устройство содержит также фотоприемник 18, избирательный усилитель 19 и реверсивный двигатель 20, механически связанный с лимбом 9 углоизмерительного устройства 10, которые составляют следящую систему.Рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения работает следующим образом.Сформированный элементами 1-4 и 13 коллимированный монохроматический пучок света проходит поляризационный фильтр 14, модулятор 15, четвертьволновую пластину 16, второй модулятор 17, отрицательную плоско-вогнутую линзу 7 и под углом Ос падает на границу раздела двух сред: стекла, из которс - го изготовлен оптический элемент 5 НПВО, и исследуемой среды 6. Отраженный от границы раздела сред 5 и 6 световой поток проходит поляризационный фильтр 11, отражается от зеркала 12, снова проходит через поляризационный фильтр 11 и воспринимается фотоприемником 18. Под воздействием переменного тока частоты и магнитооптические модуляторы 15 и 17 преобразуют линейный поляризованный свет так, что происходит периодическое с частотой ц изменение как азимута поляризации ( , так и разности фаз 3 между Р- и 8-составляющими на величину, например, 0,01 от максимальной величины, Этим достигается периодическое с частотой а наложение вынужденных колебаний на поляризационные параметрыи б , которые изменяются при изменении угла падения К . фотоприемник .18 воспринимает свет,изменяющийся по закону Т, сы1-Сов 2 у Соя 8 + А4где 1 - интенсивность падающего наополяризационный фильтр 14света;коэффициент прохождения света через оптическую схему;А - амплитуда модуляции,Если угол падения света Х меньше2 1псевдокритическо го сс, = агс Яп я, + Ж,где и и ж - относительно показателипреломления и поглощения,то в резуль ртате эффекта преобладания двойногоотносительного изменения азимута линейной поляризации 2над относитель.ным изменением разности фаз 3 при отражении от границы раздела сред 5 15и 6 переменная составляющая частотыИ сигнала фотоприемника 18 по фазебудет такой, как Фаза возбуждения мо-дулятора 17. А если о( ) о, , то в результате преобладания относительногоизменения разности Фаз 8 над азимутом 2 переменная составляющая,сигнала Фотоприемника 18 по фазебудет такой, как фаза возбуждениямодулятора 15, т.еотличается на 25"1 радиан по сравнению с рассмотренными случаями. Переменная составляющая сигнала фотоприемника 18 усиливается избирательным усилителем 19и подается на обмотку управления ЗОдвигателя "20, который через редуктор перемешает лимб 9 вместе с элементом 5 и исследуемой средой 6 внаправлении, соответствующем угллу фткрл 35При к = Мкр, когда 2 у = 8, вспектре сигнала фотоприемника 18исчезает первая гармоника частоты У.и двигатель 20 останавливается.Значение измеренной вещественной40части п комплексного показателялпреломления п = п - 1 Жисследуемойсреды определяют по формуле ил2= и, Бдп Ф где и - известный заранее показатель преломления стеклаэлемента 5.Рефрактометр может быть выполненв других вариантах, Например, осветитель и фотоприемник могут менятьсяместами,а вместомагнитооптических могут бытьприменены электрооптическиеили электромеханическиемодуляторы. Предлагаемый рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения имеет ряд преимуществ по сравнению с 55 известными.Устройство имеет только один подвижный узел, состоящий из оптического элемента 5 с поляризационным фильт ром 11, зеркалом 12 и кюветой 8 и исследуемой средой 6, который закреп.лен на лимбе 9. Это позволяет исключить ряд ошибок, связанных с перемещением фотоприемника, и повысить точность измерения угла падения света, следовательно, повысить точность измерений показателя преломления иссле.дуемой среды 7. Одновременно упрощается конструкция.В устройстве поляризационный Фильтр 11 закреплен совместно с зеркалом 12 на оптическом элементе 5, что позволяет исключить влияние эфФекта отражения поляризационного света от зеркала 12 на состояние поляризации света и существенно сократить длину пути поляризованного пучка света в стекле на участке между поляризационными фильтрами. Это также позволяет повысить точность измерений.Предлагаемое конструктивное исполнение рейрактометра упрощает его юстировку и процесс измерений, который сводится к автоматическому управлению псевдокритического угла еС с помощью простейшей следящей систе- мы и решению с помощью встроенного либо установленного отдельно микоокалькулятора простого уравненияли = и, Япск .Ф о р м у л а и з о б р е т ен и яРефрактометр нарушенного полного внутреннего отражения, содержащий осветитель и последовательно расположенные по ходу пучка света коллиматор, интерференционный и поляриэационный фильтры, два модулятора состояния поляризации света с расположенной между ними четвертьволновой пластиной, измерительный блок, содержащий высокопреломляющий оптический элемент с цилиндрической или сферической входной поверхностью, центр кривизны которой находится на плоской рабочей поверхности, соприкасающейся с исследуемой средой, отрицательную плосковогнутую линзу, показатель преломления и радиус кривизны которой равны показателю преломления и радиусу кривизны высокопреломляющего, оптического элемента, при этом измерительный блок механически связан с углоизмерительным устройством, центра вращения которо1226198 Составитель С,ГолубевТехред Н.Бонкало Корректор Т,Колб Редактор Л.Гратилло Заказ 218/36 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 ,го совпадает с центром кривизны оптического элемента, и второй поляриэационный фильтр, плоскость поляризации которого взаимно ортогональна плоскости поляризации первого поляриэационного фильтра и составляет угол +45 с плоскостью падения света,оа также фотоприемник, электрически соединенный со следящей системой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, в рефрактометр дополнительно введено зеркало, а высокопреломляющий оптический элемент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы, на нерабочейплоской поверхности которого последовательно закреплены второй поляриэационный фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на оптический элемент пучок света шириной.й смещен относительно ребра, образованного его рабочей и нерабочей поверхностями, на величину й й- У 6 Е -- где Е - ширина рабо 2 2чей поверхности оптического элемента в плоскости падения,