PL209089B1

PL209089B1 - Sposób i układ do pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego

Info

Publication number: PL209089B1
Application number: PL371052A
Authority: PL
Inventors: Irena Gronowska; Matylda Danielkiewicz
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2011-07-29
Also published as: PL371052A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego i układ do pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego.

Znany jest sposób pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego, w którym za pomocą spektrometru optycznego mierzy się kąt łamiący pryzmatu φ przy oświetleniu dwóch powierzchni bocznych pryzmatu i ustawieniu krawędzi pryzmatu naprzeciwko kolimatora spektrometru. Odpowiada to kątowej różnicy położenia lunety równej podwojonej wartości kąta łamiącego. Ponadto przy oświetleniu jednej z powierzchni bocznych pryzmatu wyznacza się kąt najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania e_min względem kierunku pierwotnego, a współczynnik załamania wyznacza się ze wzoru _n = ^{sin (ε}min +φ>² sin φ/2

Kąt najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania s_min względem kierunku pierwotnego odczytywany jest ze skali spektrometru z przy ustawieniu lunety na środek odchylonej wiązki i uprzednim odczycie położenia wiązki nie odchylonej.

Znany układ do pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego zawiera spektrometr optyczny z pryzmatem wykonanym z substancji badanej, na który pada wiązka promieniowania optycznego ze źródła światła poprzez kolimator.

Znany sposób i układ nie może być stosowany w przypadku promieniowania podczerwonego i ultrafioletowego, a jedynie w zakresie widzialnym.

Znany jest z opisu patentowego WO 9802730 Al sposób pomiaru kąta całkowitego wewnętrznego odbicia na granicy dielektryk - cienka warstwa metaliczna - badany materiał. Sygnał optyczny po odbiciu podawany jest na fotodiodę, gdzie mierzony jest prąd lub napięcie. Maksymalny sygnał fotodiody odpowiada kątowi całkowitego wewnętrznego odbicia.

Układ pomiarowy zawiera źródło światła, układ optyczny z polaryzatorem oraz część detekcyjną z typową fotodiodą.

Znany sposób i układ obarczony jest znacznym błędem pomiaru ze względu na wymiary powierzchni detekcyjnej fotodiody.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że przetwarza się prążek promieniowania optycznego na prąd detekcyjny prostokątnej fotodiody, której przekątna jest tak ustawiona, że jest równoległa do prążka.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że w lunecie spektrometru optycznego umieszczona jest prostokątna fotodioda, która ma powierzchnię czynną prostokątną, a przekątna jest równoległa do prążka promieniowania optycznego. Fotodioda ma powierzchnię czynną kwadratową.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na pomiary współczynnika załamania promieniowania widzialnego podczerwonego i ultrafioletowego z dużą dokładnością. Układ według wynalazku ponadto minimalizuje wpływ dyfrakcji na szczelinie wejściowej kolimatora, zwiększa dokładność pomiaru i pozwala na zautomatyzowanie pomiaru i zapis wyników w postaci cyfrowej.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie układ pomiarowy, a fig. 2 - schematycznie usytuowanie pryzmatu względem prążka.

Sposób pomiaru polega na wyznaczeniu kąta łamiącego pryzmatu φ przy oświetleniu dwóch powierzchni bocznych pryzmatu 1. W lunecie 6 spektrometru obserwuje się wiązki odbite 5 od ścianek pryzmatu 1 i mierzy się kąt między tymi wiązkami 2φ. Odpowiada to kątowej różnicy położenia lunety równej podwojonej wartości kąta łamiącego. Przy oświetleniu jednej z powierzchni bocznych pryzmatu 1 wyznacza się kąt najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania s_min. W tym celu prążek promieniowania optycznego 5 przetwarza się na prąd detekcyjny w prostokątnej fotodiodzie 7, której przekątna jest równoległa do prążka 5. Mierzy się prąd prostokątnej fotodiody 7 w funkcji kąta obrotu lunety 6 na stoliku obrotowym 2. Maksimum tej funkcji wyznacza kąt najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania e_min. Współczynnik załamania promieniowania wyznacza się ze wzoru ^{sin (ε}min +φ^)/2 sin φ/2

PL 209 089 B1

Pryzmat 1 wykonany z badanej substancji znajduje się na stoliku obrotowym 2 spektrometru optycznego S. Laser 3 emituje wiązkę 5' promieniowania, która pada na wejście kolimatora 4 spektrometru S. Wychodząca z kolimatora 4 wiązka jest uformowana i ma postać prążka 5, który pada na pryzmat 1, a następnie trafia do lunety 6. Wewnątrz lunety znajduje się prostokątna fotodioda 7, w której następuje detekcja promieniowania. Fotodioda ta usytuowana jest wewnątrz lunety 6 tak, że jej przekątna jest równoległa do prążka 5 promieniowania, co uwidocznione jest na fig. 2. Fotodioda 7 połączona jest przewodem elektrycznym z układem pomiarowym 8. Położenie pryzmatu 1 regulowane jest za pomocą ruchu obrotowego stolika 2. Pomiar prądu fotodiody wykonywany jest w trakcie precyzyjnego obrotu lunety 6. Pomiar wartości kąta łamiącego φ i kąta najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania s_min odbywa się w sposób jak poniżej.

Za pomocą spektrometru optycznego S wyznacza się kąt łamiący φ pryzmatu 1 przy oświetleniu dwóch powierzchni bocznych pryzmatu 1, co odpowiada kątowej różnicy położenia lunety 6 równej podwojonej wartości kąta łamiącego φ. Przy oświetleniu jednej powierzchni bocznej wyznacza się kąt najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania s_min. Wartości obu kątów wyznacza się z położenia maksimum funkcji prądu fotodiody 7 w zależności od kąta obrotu lunety α. Powierzchnia czynna prostokątnej fotodiody 7 ma kształt kwadratu, a prążek promieniowania jest równoległy do przekątnej kwadratu. Współczynnik załamania promieniowania wyznacza się ze wzoru _n = ^{sin (ε}min +φ^)/2 sin φ/2

Zaletą sposobu jest możliwość wyznaczenia z dużą dokładnością współczynnika załamania promieniowania z poza zakresu widzialnego.

Claims

1. Sposób pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego, w którym za pomocą spektrometru optycznego mierzy się kąt łamiący pryzmatu φ przy oświetleniu dwóch powierzchni bocznych pryzmatu, co odpowiada kątowej różnicy położenia lunety równej podwojonej wartości kąta łamiącego oraz przy oświetleniu jednej z powierzchni bocznych pryzmatu wyznacza się kąt najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania e_min względem kierunku pierwotnego, a współczynnik załamania wyznacza się ze wzoru _n = ^{sin (ε}min +φ^)/2 sin φ/2 po przetworzeniu prążka promieniowania optycznego na prąd detekcyjny mierzy się prąd fotodiody w funkcji kąta obrotu i wyznacza się maksimum prądu co odpowiada kątowi najmniejszego odchylenia wiązki promieniowania względem kierunku pierwotnego s_min, znamienny tym, że przetwarza się prążek promieniowania optycznego na prąd detekcyjny prostokątnej fotodiody (7), której przekątną ustawia się tak, aby przekątna jej powierzchni czynnej była równoległa do prążka (5) promieniowania optycznego.

2. Układ do pomiaru współczynnika załamania promieniowania optycznego zawierający spektrometr optyczny z pryzmatem wykonanym z substancji badanej, na który pada wiązka promieniowania optycznego, znamienny tym, że w lunecie (6) spektrometru optycznego (S) umieszczona jest prostokątna fotodioda (7), która ma powierzchnię czynną prostokątną, a przekątna prostokąta jest równoległa do prążka (5) promieniowania optycznego.

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że fotodioda (7) ma powierzchnię czynną kwadratową.