Способ определения показателя преломления материала

(19) (1) Г 51) 5 Н ЕЛЬСТВУ Оптическ до Изобретение относи птике и может быть и пределения показател к физичесьзовано дл реломлен атериалов. Целью изобретения ение класса исследушиявляется рмых материледования о с путем оЬеспечения и сеивающих материало верхностью, наприме шероховато о очнь лак тий,Спосо ествл я следующим о двумями пондику- падее 9 - 111 и - Ди 1ст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЭОБ К АВТОРСКОМУ СВИ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯПРЕЛОМЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА(57) Изобретение относится к физической оптике и может быть использованодля определения показателя преломлеобразом.Материал освещают поочере направленными монохроматичес токами, поляризованными перп лярно и параллельно плоскост ния, и регистрируют интенсив раженного света. ния материала. Цель изобретения - расширение класса исследуемых материалов путем обеспечения исследования материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием. Освещают материап поочередно двумя направленными монохроматическими потоками, поляризованными перпендикулярно и параллельно плоскости падения, регистрируют интенсивность отраженного света. Измеряют для кажго освещающего потока коэффициенты яркости материала в фиксированном направлении при приеме на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации освещающего потока, а коэффициент преломления вычисляют по формуле, приведеннои в описании. После регистрации интенсивностей)ефф отраженного света определяют для каж дого освещающего монохроматического 4 потока коэффициенты яркости материала ) в фиксированном направлении, лежащем (ф)ф в центральной части индикатрисы рас- (ф сеяния, например проходящем через 1 д максимум индикатрисы рассеяния, при приеме на параллельной и ортогональной поляризации относительно поляри-, зации освещающего потока. Показатель преломления и вычисляют по формулед 4 А+1 2 2 162 аш 1)п=88 з 1.п 9(-у; - ,) +сов 6, (1)1 б 42333 Я - угол падения освещающего потока на материал;- коэффициент яркости материалапри поляризации освещающего потока, перпендикулярной плоскос 5ти падения, и приеме на той жеполяризации;, - коэффициент яркости материалаП 11при поляризации освещающего по 10тока, параллельной плоскостипадения, и приеме на той жеполяризации;- коэффициент яркости материала1,Ипри поляризации освещающего потока, перпендикулярной плоскости падения, и приеме на ортого.нальной поляризации;п 1 - коэффициент яркости материалапри поляризации освещающегопотока, параллельной плоскостипадения, и приеме на ортогональной поляризации; 1Если рассеивающий материал пред ставляет собой многокомпонентную систему такого же вида, как лакокрасочное покрытие, состоящее из оптически оцнородного связующего (пленкообразо,ы еля) внутри которого. находятсяфчастицы дисперсного вещества (пигмента или наполнителя), то отраженный лучистый поток состоит из двух составляющих -внешнеи" и "внутренней .Внешняя составляющая рассеянного лучистого потока формируется шерохо 35 ватой поверхностью материала, которую можно представить в виде совокупности плоских фацетов, ориентированных под различными углами, Размеры Фацетов существенно превьппают длину волны оп-тического излучения, так что диффракционные эффекты пренебрежимо малы и отражение излучения от каждого Юацета описывается формулами френеля, связывающими коэффициент зеркального стра жения с показателем преломления и локальным углом падения. Внешняя составляющая потока в каком-либо направлении формируется только теми Фацетами нормаль к которым совпадает с бис-.Э0 сектрисой угла, заключенного между направлениями на излучатель и приемик, так что локальный угол падения излучения на фацеты равен половине угла между направлениями на излучатель55 и приемник,На внешнюю составляющую рассеянного лучистого потока накладываетсявнутренняя составляющая, обусловлен. 4ная рассеянием излучения толщей материала, Интенсивность этой составляющей зависит не только от структуры материала, но и от показателя преломления и шероховатости поверхностиматериала, а также от угла падения.Внутренняя составляющая рассеянного лучистого потока неполяризована,а внешняя составляющая - полностьюполяризована и сохраняет поляризациюпадающего потока, если падающий потокполяризован перпендикулярно или параллельно плоскости падения.. Из сказанного следует, что коэффициенты яркости , , ( и определяются только внутренней составляющей, а коэффициенты яркости1 - суммой внутренней и внешнейсоставляющих. Следовательно, разности В 1 - , , - 3 п характеризуют только внешние составляющиедля падающих потоков, поляризованныхсоответственно перпендикулярно и параллельно плоскости падения, причеминдикатрисы этих внешних составляющих совпадают, поэтому отношение упомянутых разностей равно отноШению коэффициентов отражения в перпендикулярно и параллельно поляризованном свете,что и приводит к формуле (2). Знаяотношение А, можно вычислить по формуле (1) показатель преломления и, еслитолько в эту формулу в качестве углападения 6 подставить локальный уголпадения, равный половине угла междунаправлениями на излучатель и приемник,11 огрешность определения показателяпреломления будет тем меньше чем больше разности1 -11, Р и и - (п,и поэтому с этой точки зрения следуетустанавливать приемник ближе к макси- .муму индикатрисы рассеяния.Рассмотренные выше зависимостиприменимы для определения показателяпреломления только при соблюдении следуюших условий:1) поверхность материалапредставима в виде совокупности фацетов, размеры которых много больше длины волны излучения, так что дифракционныеэффекты несущественны;2) отсутствуют многократные переотражения между различными фацетами;3) внешняя составляющая отраженного лучистого потока полностью поляризованная, а внутренняя - полностьюнеполяризованная;16423 участков поверхности другими отсутствуют,Эти условия выполняются приближенно с достаточной для практических применений точностью.Были выполнены экспериментальные 0исследования отражательных характеристик лакокрасочных покрытий с разнойфактурой поверхности (всего несколькосотен образцов).Зти исследования выполняли на гониофотометре с чувствительностью покоэффицйенту яркости 10с угловымразрешением 30 мин и поляризационнойразвязкой более 30 дБ в видимом диапа 20зоне. Измеряли коэффициенты яркостии их индикатрисы при различных углахпадения и различных поляризациях наизлучение и на прием, а также исследовали профили поверхности на профило 25метре,Измерения показали, что в пределахточности измерений перечисленные условия соблюдаются для углов паденияи наблюдения менее 70 град,11 р и м е р. Требовалось определить показатель преломления поверхности лакокрасочного покрытия (ЛКП),нанесенного на плоскую пластину, надлине волны 0,63 мкм,Для этого пластину установили на 35гониофотометре с регулировкой поляри,зации на излучение и на прием и осветили ЛК 11 монохроматическим пучкомсвета на длине волны 0,63 мкм.Установили угол падения равным45 град,11 риемник разместили в плоскостипадения так, что угол между направлениями на излучатель и на приемник составил 90 град, при этом локальный уголпадения равен 5 = 1,89 о = 0,30 40 = 046; Р 030.Вычислили по формуле (2) отношение коэффициентов отражения11 - дА = ---- = 9,8.5 ( и и ( оВычислили показатель преломленияЛК 11 по формуле (1), в которую подставили полученное значение А = 9,8, ав качестве угла падения О в (1) взяли половину угла между направлениямина излучатель и приемник Ц = 90/2- 45 90 о 6=- - = 45 2 .4) углы падения и наблюдения большемаксимального угла наклона фацетов,так что взаимные затенения одних Установили линейную поляризацию падающего пучка, перпендикулярную плоскости падения.Измерили коэффициент яркости 1 при приеме на поляризации, параллельной поляризации освещающего потока, когда поляризация на излучение и на прием одна и та же (перпендикулярная плоскости падения). 33 6Затеи измерили коэффициент яркостипри приеме на ортогональной по 1.Иляризации по отношению к поляризацииосвещающего потока, когда поляризацияна излучение перпендикулярна плоскостипадения, а поляризация на прием параллельна плоскости падения,11 осле этого установили поляризациюосвещающего потока, параллельную плоскости падения, и измерили коэффициентяркости 11 при приеме на поляризации, параллельнои поляризации падающего потока, когда поляризация наизлучение и на прием одна и та же (параллельная плоскости падения), а затем измерили коэффициент яркостипри приеме на поляризации, ортогональной поляризации падающего потока, когда поляризация на излучение - параллельная плоскости падения, а поляризация на прием - перпендикулярная плоскости падения,Измерения коэффициентов яркости111(Ив 13,1 ф1 выполняли путемсопоставления интенсивности света,рассеянного ЛКП, .с интенсивностью све-.та, рассеянного эталонным образцомсравнения с известными коэффициентамияркостиВ качестве эталонного образца сравнения использовали пластину измолочного стекла И, 11 ри сопоставлении интенсивностей применяли наборпаспортиэированных ослабителей света.В рассматриваемом примере результаты измерении коэффициентов яркоститаковы: и = ср 4581.п 45 (- +оГ . й, о .Г 9,8+112+ соз 0 - угол падения освещающего потока на материал;А - параметр, определяемый отношением коэффициентов отражения света, поляризованного где Составитель Ю. ГрнневаТехред Д.Олийнык Корректор О. Ципле Редактор М. Циткина Заказ 1142 Тираж 413 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Б, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Таким образом, получили и = 1,54.В исследованном ЛКП связующим служил сополимер винилхлорида с винилацетатом, омыпенный А-0, который, согласно литературным данным, имеет показатель преломления и = 1,52. Отличие измеренного значения показателя преломления от значения и составляет 10 Формула изобр етения15Способ определения показателя преломления материала, включающий освефение материала поочередно двумя моно- хроматическими световыми потоками, поляризованными перпендикулярно и па раллельно плоскости падения, регистрацию интенсивностей отраженного света в направлении зеркального отражения,вычисление отношения коэффициентовотражения и вычисление показателя пре15 ломления п материала по Формуле перпендикулярно и параллельно плоскости падения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтосцелью расширения класса исследуемыхматериалов путем обеспечения исследования рассеивающих материалов с поверхностным и/или объемным рассеянием,после регистрации интенсивностеи отраженного света определяют коэффициенты яркости материала при регистрации .на параллельной и ортогональной поляризациях относительно поляризации ос-.вещающего потока, а параметр А вы-числяют по формуле81- 9 М 1А = ----- ,1 В 1 тце- коэффициент яркости материала при поляризации освещающего потока, перпендикулярной плоскости падения,и регистрации на той же поляризации;коэффициент яркости материала при поляризации освещающего потока, параллельнойплоскости падения, и регистрации на той же поляризации;рм (ЗЭК- коэфннциенты яркости мате-риала при поляризации освещающего потока, перпендикулярной и параллельнойплоскости падения соответственно,и регистрации наортогональной поляризации.