RU207091U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE - Google Patents

DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE Download PDF

Info

Publication number
RU207091U1
RU207091U1 RU2021116696U RU2021116696U RU207091U1 RU 207091 U1 RU207091 U1 RU 207091U1 RU 2021116696 U RU2021116696 U RU 2021116696U RU 2021116696 U RU2021116696 U RU 2021116696U RU 207091 U1 RU207091 U1 RU 207091U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
autocollimator
determining
refractive index
console
Prior art date
Application number
RU2021116696U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Дмитриевич Иванов
Владимир Леонидович Минаев
Геннадий Николаевич Вишняков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority to RU2021116696U priority Critical patent/RU207091U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU207091U1 publication Critical patent/RU207091U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам определения показателя преломления образца. Технический результат заключается в упрощении определения показателя преломления образца. Устройство определения показателя преломления образца содержит единое основание, закрепленный на нем источник излучения линейчатого спектра с автоколлиматором, горизонтальный стол для образца и вертикальное плоское подвижное зеркало. Зеркало обращено внутренней стороной с основным отражающим покрытием к образцу и установлено с возможностью перемещения в плоскости указанного стола вокруг его центральной оси на приводной консоли. Консоль снабжена блоком определения ее углового перемещения и выполнена с возможностью совершения полного оборота вокруг указанного стола. При этом орбита вращения подвижного зеркала находится между образцом и автоколлиматором, а само подвижное зеркало на наружной стороне снабжено дополнительным отражающим покрытием. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to the field of measuring technology, namely to devices for determining the refractive index of the sample. The technical result consists in simplifying the determination of the refractive index of the sample. The device for determining the refractive index of the sample contains a single base, a line spectrum radiation source with an autocollimator fixed on it, a horizontal sample table and a vertical flat movable mirror. The mirror faces the sample with its inner side with the main reflective coating and is installed with the ability to move in the plane of the specified table around its central axis on the drive console. The console is equipped with a unit for determining its angular movement and is made with the ability to complete a complete revolution around the specified table. In this case, the orbit of rotation of the movable mirror is between the sample and the autocollimator, and the movable mirror itself is provided with an additional reflective coating on the outer side. 6 c.p. f-ly, 4 dwg.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам определения показателя преломления образца и может быть использована в качестве средства измерений на основе лазерной динамической гониометрии для высокоточных измерений показателя преломления твердых и жидких веществ.The utility model relates to the field of measuring technology, namely to devices for determining the refractive index of a sample and can be used as a measuring instrument based on laser dynamic goniometry for high-precision measurements of the refractive index of solid and liquid substances.

Высокоточные измерения показателя преломления необходимы в оптической промышленности для повышения качества и надежности оптических приборов, в химической, пищевой промышленности, а также фармакологии и медицине. Традиционно в качестве материального носителя единицы показателя преломления твердого вещества используются образцы, изготовленные из оптического бесцветного стекла. Основными оптическими характеристиками бесцветных оптических стекол являются показатель преломления и дисперсия. Для вычисления коэффициентов дисперсии стекла необходимо измерить значения показателя преломления на нескольких длинах волн (согласно ГОСТ 13659-78 «Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Основные параметры»). Способы измерения и передачи единицы показателя преломления напрямую влияют на точность и по этой причине имеют важное значение при обеспечении единства измерений.High-precision measurements of the refractive index are required in the optical industry to improve the quality and reliability of optical devices, in the chemical and food industries, as well as in pharmacology and medicine. Traditionally, samples made of optical colorless glass are used as the material carrier of the refractive index unit of a solid. The main optical characteristics of colorless optical glasses are refractive index and dispersion. To calculate the dispersion coefficients of glass, it is necessary to measure the values of the refractive index at several wavelengths (according to GOST 13659-78 "Colorless optical glass. Physicochemical characteristics. Basic parameters"). Methods for measuring and communicating the unit of refractive index directly affect accuracy and for this reason are important in ensuring uniformity of measurements.

Для измерения показателя преломления твердых и жидких прозрачных веществ наиболее широко применяются рефрактометрические и гониометрические методы. Рефрактометрические методы обеспечивают достаточно высокую точность измерения показателя преломления порядка 10-4÷10-5.To measure the refractive index of solid and liquid transparent substances, refractometric and goniometric methods are most widely used. Refractometric methods provide a sufficiently high measurement accuracy of the refractive index of the order of 10 -4 ÷ 10 -5 .

Из уровня техники известно устройство для измерения показателя преломления, содержащее источник света, оптический элемент, выполненный в виде призмы из стекла с высоким показателем преломления, рабочая грань которой соприкасается с исследуемым веществом, соответствующее матричное фотоприемное устройство (МФПУ), микропроцессор и дисплей, подключенный к информационному выходу микропроцессора (см. патент RU 2562270, кл. G01N 21/43, опубл. 10.09.2015). В известном устройстве пучок света формируют от нескольких источников света различной длины волны (RGB светодиоды) и преобразуют в единый расходящийся пучок света, который направляют на матричный фотоприемник, спектральная чувствительность которого соответствует спектрам излучения источников света. Функциональную зависимость показателя преломления от длительности импульса спектрального сигнала с фотоприемника для каждого конкретного устройства (рефрактометра) определяют хорошо известным способом тарировки по эталонным жидкостям с известными показателями преломления, например, калиброванным водным растворам кислот, солей, сахарозы и др.A device for measuring the refractive index is known from the prior art, which contains a light source, an optical element made in the form of a prism made of glass with a high refractive index, the working face of which is in contact with the substance under study, a corresponding matrix photodetector (MPDD), a microprocessor and a display connected to information output of the microprocessor (see patent RU 2562270, class G01N 21/43, publ. 09/10/2015). In the known device, a light beam is formed from several light sources of different wavelengths (RGB LEDs) and converted into a single diverging light beam, which is directed to a matrix photodetector, the spectral sensitivity of which corresponds to the emission spectra of the light sources. The functional dependence of the refractive index on the pulse duration of the spectral signal from the photodetector for each specific device (refractometer) is determined by a well-known calibration method using reference liquids with known refractive indices, for example, calibrated aqueous solutions of acids, salts, sucrose, etc.

Из уровня техники известен рефрактометр для многоволнового измерения показателя преломления образца, содержащий: дисперсионную оптическую систему с дифракционной решеткой, цилиндрическую линзу для коллимирования спектрально расширенного оптического луча и фокусирующую оптическую систему для направления коллимированного луча на границу раздела между образцом и призмой в диапазоне углов падения, включая критический угол (см. патент US 9194798, кл. G01N 21/41, опубл. 24.11.2015). Разложение света по длинам волн происходит вдоль одной из осей, где распространяется коллимированный пучок, таким образом, что получается двумерное спектральное изображение. Это изображение имеет пиксельные координаты, связанные с диапазоном длин волн по одной оси и углом падения по другой. Принцип измерения показателя преломления основан на нахождении критического угла полного внутреннего отражения от поверхности границы раздела сред.A refractometer for multi-wavelength measurement of the refractive index of a sample is known from the prior art, comprising: a dispersive optical system with a diffraction grating, a cylindrical lens for collimating a spectrally expanded optical beam and a focusing optical system for directing the collimated beam to the interface between the sample and the prism in the range of angles of incidence, including critical angle (see patent US 9194798, class G01N 21/41, publ. 24.11.2015). The wavelength decomposition of light occurs along one of the axes where the collimated beam propagates, so that a two-dimensional spectral image is obtained. This image has pixel coordinates associated with wavelength range on one axis and angle of incidence on the other. The principle of measuring the refractive index is based on finding the critical angle of total internal reflection from the interface between the media.

Однако известные устройства имеют ряд недостатков, связанных с высокой трудоемкостью процедуры измерений. Большинство промышленных рефрактометров работают по принципу полного внутреннего отражения или нарушенного полного внутреннего отражения, в связи с чем при измерении показателя преломления твердых образцов необходимо применение иммерсионных жидкостей, которые в большинстве токсичны. Также предъявляются требования и к форме исследуемого образца. Он должен быть изготовлен в виде параллелепипеда или трехгранной призмы. Кроме того, главным недостатком такого способа измерения критического угла и, соответственно, показателя преломления, является низкая точность.However, the known devices have a number of disadvantages associated with the high laboriousness of the measurement procedure. Most industrial refractometers work on the principle of total internal reflection or disturbed total internal reflection, therefore, when measuring the refractive index of solid samples, it is necessary to use immersion liquids, which are mostly toxic. Also, requirements are imposed on the shape of the sample under study. It should be made in the form of a parallelepiped or a triangular prism. In addition, the main disadvantage of this method for measuring the critical angle and, accordingly, the refractive index is low accuracy.

Из уровня техники известно устройство для измерения показателя преломления призм, включающее в себя источник излучения и фотодетектор, которые имеют возможность вращаться вокруг призмы на общей оси (см. патент US 8692985, кл. G01N 21/41, опубл. 08.04.2014). Одна из реализаций устройства позволяет быстро измерять показатель преломления на множестве длин волн. Однако недостатком известного устройства является тот факт, что для определения показателя преломления на каждой длине волны используется диспергатор, который расположен в одном плече с детектором и передает рассеянный пучок излучения на различные участки фотоприемника. В указанном методе вместо автоколлимационной регистрации сигналов используется матрица для регистрации диспергированного пучка света. Данное решение позволяет одновременно получать пространственное распределение пиков интенсивности спектра источника. В качестве излучателя в этом случае используется спектроскопическая лампа. Такая реализация не дает достаточной точности ввиду проблем согласования плеч источника и приемника излучения. Кроме того, ввиду конструкции плеч невозможно использовать кольцевой лазер совместно с автоколлиматором для измерения углов, что не позволяет достигнуть высоких точностей.A device for measuring the refractive index of prisms is known from the prior art, which includes a radiation source and a photodetector that can rotate around the prism on a common axis (see US patent 8692985, class G01N 21/41, publ. 08.04.2014). One implementation of the device makes it possible to quickly measure the refractive index at multiple wavelengths. However, the disadvantage of the known device is the fact that to determine the refractive index at each wavelength, a dispersant is used, which is located in the same arm with the detector and transmits the scattered radiation beam to different parts of the photodetector. In this method, instead of autocollimation registration of signals, a matrix is used to register a dispersed light beam. This solution makes it possible to simultaneously obtain the spatial distribution of the intensity peaks of the source spectrum. In this case, a spectroscopic lamp is used as an emitter. Such an implementation does not provide sufficient accuracy due to the problems of matching the arms of the source and the receiver of radiation. In addition, due to the design of the arms, it is impossible to use a ring laser in conjunction with an autocollimator to measure angles, which does not allow achieving high accuracy.

Из уровня техники известен более точный методом измерения показателя преломления - гониометрический метод. Реализующее его устройство для измерения показателя преломления прозрачных материалов в форме призмы содержит поворотную платформу, предметный стол, автоколлиматор и зеркало (см. а.с. SU 1578599, кл. G01N 21/41, опубл. 15.07.1990). Угловое положение поворота платформы в такой схеме измеряется с высокой точностью благодаря использованию в конструкции кольцевого лазера. Точность данного метода может быть улучшена посредством использования динамического режима и усреднений результатов измерений.A more accurate method for measuring the refractive index is known from the prior art - the goniometric method. A device that implements it for measuring the refractive index of transparent materials in the form of a prism contains a rotary platform, an object table, an autocollimator and a mirror (see AS SU 1578599, class G01N 21/41, publ. 15.07.1990). The angular position of the platform rotation in such a scheme is measured with high accuracy due to the use of a ring laser in the design. The accuracy of this method can be improved by using a dynamic mode and averaging the measurement results.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство определения показателя преломления образца, содержащее единое основание, закрепленный на нем источник излучения линейчатого спектра с автоколлиматором, горизонтальный стол для образца и вертикальное плоское подвижное зеркало, обращенное внутренней стороной с отражающим покрытием к образцу и установленное с возможностью перемещения в плоскости указанного стола вокруг его центральной оси на приводной консоли, снабженной блоком определения ее углового перемещения (см. патент JP 2010243241, кл. G01N 21/41, опубл. 28.10.2010). Недостатками такого устройства являются относительно низкие скорость и точность измерений.The closest in technical essence to the proposed utility model is a device for determining the refractive index of a sample, containing a single base, a line spectrum radiation source with an autocollimator fixed on it, a horizontal table for a sample and a vertical flat movable mirror facing the inner side with a reflective coating to the sample and installed with the ability to move in the plane of the specified table around its central axis on a drive console equipped with a unit for determining its angular movement (see patent JP 2010243241, class G01N 21/41, publ. 28.10.2010). The disadvantages of such a device are the relatively low speed and accuracy of measurements.

Технической проблемой является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении процедуры определения показателя преломления образца при сохранении высокой точности измерений. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве определения показателя преломления образца, содержащем единое основание, закрепленный на нем источник излучения линейчатого спектра с автоколлиматором, горизонтальный стол для образца и вертикальное плоское подвижное зеркало, обращенное внутренней стороной с основным отражающим покрытием к образцу и установленное с возможностью перемещения в плоскости указанного стола вокруг его центральной оси на приводной консоли, снабженной блоком определения ее углового перемещения, консоль выполнена с возможностью совершения полного оборота вокруг указанного стола, причем орбита вращения подвижного зеркала находится между образцом и автоколлиматором, а само подвижное зеркало на наружной стороне снабжено дополнительным отражающим покрытием. Блок определения углового положения подвижной консоли предпочтительно снабжен кольцевым лазером. Дополнительное отражающее покрытие предпочтительно выполнено с меньшим коэффициентом отражения, чем основное отражающее покрытие. Стол для образца предпочтительно выполнен поворотным. Источник излучения линейчатого спектра предпочтительно выполнен в виде, по меньшей мере, двух лазеров с объединенным оптоволоконным выводом. Автоколлиматор может быть выполнен в виде интерференционного или фотоэлектрического автоколлиматора. Привод консоли, блок определения ее углового положения и детектор автоколлиматора предпочтительно подключены к единому блоку управления и обработки.The technical problem is the elimination of these disadvantages. The technical result consists in simplifying the procedure for determining the refractive index of the sample while maintaining high measurement accuracy. The problem posed is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a device for determining the refractive index of a sample containing a single base, a line spectrum radiation source with an autocollimator, a horizontal sample table and a vertical flat movable mirror facing the inner side with the main reflecting coating to the sample and installed with the ability to move in the plane of the specified table around its central axis on the drive console, equipped with a unit for determining its angular displacement, the console is made with the ability to complete a revolution around the specified table, and the orbit of rotation of the movable mirror is between the sample and the autocollimator, and the movable the mirror on the outside is provided with an additional reflective coating. The unit for determining the angular position of the movable arm is preferably equipped with a ring laser. The additional reflective coating is preferably made with a lower reflectivity than the basic reflective coating. The sample table is preferably rotatable. The line spectrum radiation source is preferably made in the form of at least two lasers with combined fiber optic output. The autocollimator can be made in the form of an interference or photoelectric autocollimator. The console drive, the unit for determining its angular position and the autocollimator detector are preferably connected to a single control and processing unit.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то же, вид сбоку;FIG. 1 shows a general view of the proposed device; in fig. 2 - the same, side view;

на фиг. 3 - схема измерения показателя преломления призмы с использованием двухстороннего зеркала (вид сверху) в момент регистрации первого сигнала с помощью нуль-индикатора от внешней стороны зеркала;in fig. 3 is a diagram for measuring the refractive index of a prism using a double-sided mirror (top view) at the time of recording the first signal with a null indicator from the outside of the mirror;

на фиг. 4 - то же в момент регистрации одного из сигналов, полученного от внутренней поверхности зеркала на одной дискретной длине волны.in fig. 4 - the same at the moment of registration of one of the signals received from the inner surface of the mirror at one discrete wavelength.

Предлагаемое устройство измерения показателя преломления призматического образца 1 представляет собой горизонтальный поворотный стол 2, закрепленный на едином основании 3 с приводной консолью 4 и автоколлиматором 5 (интерференционным или фотоэлектрическим). Приводной двигатель консоли 4 и столика 2 размещен внутри основания 3.The proposed device for measuring the refractive index of a prismatic sample 1 is a horizontal rotary table 2, fixed on a single base 3 with a drive console 4 and an autocollimator 5 (interference or photoelectric). The drive motor of the console 4 and the table 2 is located inside the base 3.

На консоли 4 с возможностью перемещения в плоскости стола 2 вокруг его центральной оси установлено вертикальное плоское подвижное зеркало 6 с основным отражающим покрытием на внутренней стороне, обращенной к образцу 1, и дополнительным отражающим покрытием с меньшим коэффициентом отражения на наружной стороне. Консоль 4 снабжена блоком определения ее углового перемещения с кольцевым лазером, расположенным в основании 3, и выполнена с возможностью совершения полного оборота вокруг стола 2. При этом орбита вращения подвижного зеркала 6 на консоли 4 находится между образцом 1 и автоколлиматором 5.A vertical flat movable mirror 6 with a main reflective coating on the inner side facing the sample 1 and an additional reflective coating with a lower reflection coefficient on the outer side is installed on the console 4 with the ability to move in the plane of the table 2 around its central axis. The console 4 is equipped with a unit for determining its angular displacement with a ring laser located in the base 3, and is made with the ability to complete a complete revolution around the table 2. In this case, the orbit of rotation of the movable mirror 6 on the console 4 is located between the sample 1 and the autocollimator 5.

Вход автоколлиматора соединен посредством оптоволокона 7 с источником излучения линейчатого спектра в виде, по меньшей мере, двух лазеров 8 с объединенным оптоволоконным выводом 9.The autocollimator input is connected by means of an optical fiber 7 to a line spectrum radiation source in the form of at least two lasers 8 with a combined fiber optic output 9.

Привод консоли 4, блок определения ее углового положения и детектор автоколлиматора 5 подключены к единому блоку управления и обработки. Автоколлиматор 5 при этом выполнен с возможностью выполнения функции нуль-индикатора в режиме счетчика импульсов, который обеспечивает угловую привязку всех отражающих элементов схемы. Автоколлиматор 5 формирует и направляет на призму 1 плоский пучок излучения 10, а затем вырабатывает электрический сигнал в тот момент времени, когда отраженный назад пучок распространяется строго по направлению освещающего пучка.The console drive 4, the unit for determining its angular position and the detector of the autocollimator 5 are connected to a single control and processing unit. In this case, the autocollimator 5 is configured to perform the function of a null indicator in the pulse counter mode, which provides angular referencing of all reflecting circuit elements. The autocollimator 5 forms and directs a flat beam of radiation 10 to the prism 1, and then generates an electrical signal at the moment when the beam reflected back propagates strictly in the direction of the illuminating beam.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. От двигателя в основании 3 приводится во вращение поворотный стол 2. Излучение 10, содержащее дискретный спектр длин волн, выходит из нуль-индикатора (автоколлиматора) 5 в виде параллельного пучка, оптическая ось которого коллинеарна нормалям к рабочим граням призмы 1 и нормалям к отражающим поверхностям двустороннего зеркала 6. Нуль-индикатор (автоколлиматор) 5 регистрирует излучение, отраженное от двустороннего зеркала в те моменты времени, когда это излучение распространяется строго вдоль оптической оси автоколлиматора, и генерирует электрические импульсы, которые регистрируется блоком обработки информации и являются исходной информацией для вычисления углов поворота двустороннего зеркала 6.The proposed device works as follows. A rotary table 2 is set in rotation from the engine at the base 3. Radiation 10, containing a discrete spectrum of wavelengths, leaves the null indicator (autocollimator) 5 in the form of a parallel beam, the optical axis of which is collinear to the normals to the working faces of the prism 1 and to the normals to the reflecting surfaces double-sided mirror 6. Null-indicator (autocollimator) 5 registers radiation reflected from the double-sided mirror at those times when this radiation propagates strictly along the optical axis of the autocollimator, and generates electrical impulses, which are recorded by the information processing unit and are the initial information for calculating the angles turn the double-sided mirror 6.

При включении гониометра начинается непрерывное вращение консоли 4 с двухсторонним зеркалом 6. Поворотный стол 2 с призмой 1 неподвижен. Первый автоколлимационный сигнал с нуль-индикатора (автоколлиматора) 5 возникает при отражении луча от внешней по отношению к оси вращения зеркальной поверхности двухстороннего зеркала 6 (см. фиг. 3). Он задает начало отсчета угловых измерений. Следующие сигналы возникают от лучей, прошедших через призму 1, которые разделились в пространстве и отразились назад от внутренней поверхности зеркала 6 (см. фиг. 4). По этим сигналам определяются первоначальные углы отклонения луча ε по отношению к падающему лучу для дискретных длин волн (λ1, λ2, λ3, … λn), содержащихся в исходном пучке 10.When the goniometer is turned on, the continuous rotation of the console 4 with a double-sided mirror 6. The turntable 2 with a prism 1 is stationary. The first autocollimation signal from the null indicator (autocollimator) 5 arises when the beam is reflected from the mirror surface of the double-sided mirror 6, external with respect to the axis of rotation (see Fig. 3). It sets the origin for angular measurements. The following signals arise from rays passing through the prism 1, which are separated in space and reflected back from the inner surface of the mirror 6 (see Fig. 4). These signals are used to determine the initial deflection angles of the beam ε with respect to the incident beam for discrete wavelengths (λ 1 , λ 2 , λ 3 , ... λ n ) contained in the original beam 10.

Поскольку пучок излучения 10 формируется несколькими монохромными источниками излучения 8, за один полный поворот консоли 4 с двухсторонним зеркалом 6 получают ряд сигналов, содержащих информацию об углах отклонения для всех длин волн, содержащихся в исходном пучке 10.Since the radiation beam 10 is formed by several monochrome radiation sources 8, for one complete rotation of the console 4 with a double-sided mirror 6, a number of signals are obtained containing information about the deflection angles for all wavelengths contained in the original beam 10.

Из описанного принципа работы видно, что все сигналы с нуль-индикатора (автоколлиматора) 5 возникают от излучения, отраженного от двух разных сторон зеркала. В первом (фиг. 3) и во втором (фиг. 4) случае амплитуда регистрируемого сигнала будет отличаться ввиду того, что во втором случае излучение будет многократно проходить через призму 1. Сигналы различного уровня могут негативно повлиять на точность определения угловых положений при измерении углов отклонения, и для минимизации этого эффекта на внешнюю сторону зеркала 6 подбирается покрытие с меньшим коэффициентом отражения, чем на внутреннюю. Чтобы реализовать данное техническое решение можно закрепить на внешней поверхности зеркала оптические фильтры или скрещенные поляризаторы, или применить другой метод изменения коэффициента отражения для его регулировки.From the described operating principle, it can be seen that all signals from the null indicator (autocollimator) 5 arise from radiation reflected from two different sides of the mirror. In the first (Fig. 3) and in the second (Fig. 4) cases, the amplitude of the recorded signal will differ due to the fact that in the second case the radiation will repeatedly pass through the prism 1. Signals of different levels can negatively affect the accuracy of determining the angular positions when measuring angles deflection, and to minimize this effect, a coating with a lower reflection coefficient is selected on the outer side of the mirror 6 than on the inner one. To implement this technical solution, optical filters or crossed polarizers can be fixed on the outer surface of the mirror, or another method of changing the reflection coefficient can be used to adjust it.

Для вычисления показателя преломления необходимо выполнить измерения преломляющего угла исследуемой призмы и угла наименьшего отклонения εmin. Реально на динамическом гониометре проводится измерение угла Ψ, смежного с углом отклонения ε:To calculate the refractive index, it is necessary to measure the refractive angle of the prism under study and the angle of least deviation ε min . In fact, a dynamic goniometer measures the angle Ψ adjacent to the deflection angle ε:

Figure 00000001
Figure 00000001

Основное уравнение измерения показателя преломления (формула Френеля):The basic equation for measuring the refractive index (Fresnel formula):

Figure 00000002
Figure 00000002

где α - преломляющий угол призмы; εmin - угол наименьшего отклонения падающего луча от своего первоначального направления.where α is the refractive angle of the prism; ε min is the angle of the smallest deviation of the incident ray from its original direction.

Для измерения показателя преломления призмы необходимо знать ее преломляющие углы α. Для этого зеркало 6 исключаются из процесса измерений, а призму 1 устанавливают на вращающемся столе 2 динамического гониометра таким образом, чтобы пучок лучей, сформированный нуль-индикатором (автоколлиматором) 5, отражался от всех рабочих граней. Таким образом, призма совершает непрерывное вращение, а нуль-индикатор (автоколлиматор) 5 вырабатывает электрический сигнал в тот момент времени, когда отраженный назад световой пучок распространяется строго по направлению освещающего пучка света 10. Результатом обработки полученной информации являются измеренные значения преломляющих углов призмы 1. Для того, чтобы исключить систематическую погрешность гониометра, призму 1 поворачивают на 180° относительно первоначального положения на поворотном столе 2, и повторяют измерения. Полученные две серии результатов измерений подвергают статистической обработке, и затем полученные пары результатов усредняют.To measure the refractive index of a prism, it is necessary to know its refractive angles α. For this, the mirror 6 is excluded from the measurement process, and the prism 1 is installed on the rotating table 2 of the dynamic goniometer so that the beam of rays formed by the null indicator (autocollimator) 5 is reflected from all working faces. Thus, the prism performs continuous rotation, and the null indicator (autocollimator) 5 generates an electrical signal at the moment when the light beam reflected back propagates strictly in the direction of the illuminating light beam 10. The result of processing the received information is the measured values of the refractive angles of the prism 1. In order to eliminate the systematic error of the goniometer, the prism 1 is rotated 180 ° relative to the initial position on the turntable 2, and the measurements are repeated. The obtained two series of measurement results are subjected to statistical processing, and then the obtained pairs of results are averaged.

Следующий этап измерений заключается в измерении угла наименьшего отклонения ε. Для его нахождения в автоматическом режиме проводится серия измерений угла отклонения ε для различных угловых положений призмы ϕi, посредством поворота стола 2, далее строится экспериментальная зависимость ε(ϕ), которая аппроксимируется полиномом и по нему численным способом вычисляется минимальное значение εmin.The next measurement step is to measure the angle of least deviation ε. To find it in the automatic mode, a series of measurements of the deflection angle ε for various angular positions of the prism ϕ i is carried out by rotating the table 2, then the experimental dependence ε (ϕ) is constructed, which is approximated by a polynomial and the minimum value ε min is calculated from it numerically.

Затем вычисляется показатель преломления по формуле Френеля. Значение показателя преломления вычисляется с учетом параметров окружающей среды в момент измерения. Значения показателя преломления могут быть определены для конкретных дискретных длин волн.The refractive index is then calculated using the Fresnel formula. The refractive index value is calculated taking into account the environmental parameters at the time of measurement. Refractive index values can be determined for specific discrete wavelengths.

Благодаря вышеописанным конструктивным особенностям, предлагаемое устройство позволяет значительно упростить процесс определения показателя преломления путем автоматизации (за счет обеспечения самокалибровки при полном обороте двухстороннего зеркала), а также повысить скорость и увеличить диапазон измерений (за счет одновременного использования нескольких лазеров), в том числе в УФ-, и ИК- части спектра.Due to the above-described design features, the proposed device makes it possible to significantly simplify the process of determining the refractive index by automation (by ensuring self-calibration with a full revolution of the double-sided mirror), as well as to increase the speed and increase the measurement range (due to the simultaneous use of several lasers), including in UV -, and the IR part of the spectrum.

Claims (7)

1. Устройство определения показателя преломления образца, содержащее единое основание, закрепленный на нем источник излучения линейчатого спектра с автоколлиматором, горизонтальный стол для образца и вертикальное плоское подвижное зеркало, обращенное внутренней стороной с основным отражающим покрытием к образцу и установленное с возможностью перемещения в плоскости указанного стола вокруг его центральной оси на приводной консоли, снабженной блоком определения ее углового перемещения, отличающееся тем, что консоль выполнена с возможностью совершения полного оборота вокруг указанного стола, причем орбита вращения подвижного зеркала находится между образцом и автоколлиматором, а само подвижное зеркало на наружной стороне снабжено дополнительным отражающим покрытием.1. A device for determining the refractive index of a sample, containing a single base, a line spectrum radiation source with an autocollimator fixed on it, a horizontal table for a sample and a vertical flat movable mirror facing the inner side with the main reflective coating to the sample and installed with the ability to move in the plane of the specified table around its central axis on a drive console equipped with a unit for determining its angular displacement, characterized in that the console is made with the ability to complete a complete revolution around the specified table, and the orbit of rotation of the movable mirror is between the sample and the autocollimator, and the movable mirror itself on the outer side is equipped with an additional reflective coating. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения углового положения подвижной консоли снабжен кольцевым лазером.2. The device according to claim. 1, characterized in that the unit for determining the angular position of the movable console is equipped with a ring laser. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительное отражающее покрытие выполнено с меньшим коэффициентом отражения, чем основное отражающее покрытие.3. The device according to claim. 1, characterized in that the additional reflective coating is made with a lower reflectance than the main reflective coating. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стол для образца выполнен поворотным.4. The device according to claim 1, characterized in that the sample table is rotary. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник излучения линейчатого спектра выполнен в виде, по меньшей мере, двух лазеров с объединенным оптоволоконным выводом.5. The device according to claim 1, characterized in that the line spectrum radiation source is made in the form of at least two lasers with a combined fiber optic output. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что автоколлиматор выполнен в виде интерференционного или фотоэлектрического автоколлиматора.6. The device according to claim 1, characterized in that the autocollimator is made in the form of an interference or photoelectric autocollimator. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод консоли, блок определения ее углового положения и детектор автоколлиматора подключены к единому блоку управления и обработки.7. The device according to claim 1, characterized in that the console drive, the unit for determining its angular position and the autocollimator detector are connected to a single control and processing unit.
RU2021116696U 2021-06-07 2021-06-07 DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE RU207091U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116696U RU207091U1 (en) 2021-06-07 2021-06-07 DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116696U RU207091U1 (en) 2021-06-07 2021-06-07 DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU207091U1 true RU207091U1 (en) 2021-10-12

Family

ID=78286713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116696U RU207091U1 (en) 2021-06-07 2021-06-07 DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU207091U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222790U1 (en) * 2023-08-01 2024-01-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" (ФГБУ "ВНИИОФИ") DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDEX OF A SAMPLE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1578599A1 (en) * 1987-08-31 1990-07-15 Предприятие П/Я Х-5827 Method of determining refrigeration index of optical glass
JP2010243241A (en) * 2009-04-02 2010-10-28 Nikon Corp Instrument and method for measuring refractive index
RU2562270C2 (en) * 2014-01-31 2015-09-10 Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" (АО "Швабе - Технологическая лаборатория") Method for measurement of refraction and dispersion index and device of its implementation
US9194798B2 (en) * 2012-03-13 2015-11-24 Ut-Battelle, Llc Imaging based refractometer for hyperspectral refractive index detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1578599A1 (en) * 1987-08-31 1990-07-15 Предприятие П/Я Х-5827 Method of determining refrigeration index of optical glass
JP2010243241A (en) * 2009-04-02 2010-10-28 Nikon Corp Instrument and method for measuring refractive index
US9194798B2 (en) * 2012-03-13 2015-11-24 Ut-Battelle, Llc Imaging based refractometer for hyperspectral refractive index detection
RU2562270C2 (en) * 2014-01-31 2015-09-10 Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" (АО "Швабе - Технологическая лаборатория") Method for measurement of refraction and dispersion index and device of its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222790U1 (en) * 2023-08-01 2024-01-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" (ФГБУ "ВНИИОФИ") DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDEX OF A SAMPLE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU719654B2 (en) Analytical method and apparatus
KR100356108B1 (en) Double pass etalon spectrometer
JPH02500860A (en) optical angle measuring device
US20200173855A1 (en) Interferometer systems and methods thereof
CN103439294B (en) Angle modulation and wavelength modulation surface plasmon resonance (SPR) sharing system
RU207091U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDICATOR OF THE SAMPLE
CN111998782B (en) Optical measuring device and method
AU742417B2 (en) Analytical method and apparatus
CN110082071B (en) Device and method for measuring optical parallel difference of right-angle prism
Nikolaev et al. Methods of calibrating prisms with faces that have no reflective coating, using a dynamic goniometer
CN102607806A (en) System for detecting reflectivity of plane mirror
CN113776786A (en) Transmittance and reflectivity measuring instrument and measuring method thereof
Yurin et al. Refractive index measurement using a modified Littrow–Abbe method
RU222790U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE REFRACTIVE INDEX OF A SAMPLE
Karabegov Metrological and technical characteristics of total internal reflection refractometers
RU2660764C2 (en) Sensor based on surface plasmonic resonance with element of plane optics
CN203405410U (en) Angle modulation and wavelength modulation SPR sharing system
JPH03183903A (en) Optical measuring instrument
RU2727779C1 (en) Double interference spectrometer
SU1755125A1 (en) Device for measuring index of refraction
SU1673925A1 (en) Refractometer
SU244652A1 (en) DEVICE FOR MEASURING AN ANGLE OF ROTATION OF A PRODUCT
RU1770848C (en) Method of determining refraction index of wedge-shaped specimens
SU1644001A1 (en) Differential method for measuring optical constants of liquids
SU1122940A1 (en) Device for measuring refractive index of absorbing medium