RU2471174C1 - Способ измерения показателя преломления газовых сред - Google Patents
Способ измерения показателя преломления газовых сред Download PDFInfo
- Publication number
- RU2471174C1 RU2471174C1 RU2011122104/28A RU2011122104A RU2471174C1 RU 2471174 C1 RU2471174 C1 RU 2471174C1 RU 2011122104/28 A RU2011122104/28 A RU 2011122104/28A RU 2011122104 A RU2011122104 A RU 2011122104A RU 2471174 C1 RU2471174 C1 RU 2471174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- fabry
- measuring
- multipath
- perot
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптических измерений и предназначено для измерения показателя преломления газовых сред. Способ измерения показателя преломления газовых сред основан на измерении частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум выбранной моды высокостабильного многолучевого интерферометра Фабри-Перо, когда межзеркальное пространство заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано. Значение показателя преломления газовой среды определяют отношением измеренных частот в вакууме и в присутствии газовой среды. Частотный метод регистрации максимума полосы пропускания выбранной моды многолучевого интерферометра Фабри-Перо позволяет повысить точность измерения показателя преломления газовых сред. 1 ил.
Description
Одним из важнейших оптических свойств любого вещества является показатель преломления. Предлагаемое изобретение направлено на разработку способа измерения показателя преломления газовых сред с целью повышения точности измерения и относится к разделу «Оптика».
Известно множество способов измерения показателя преломления газовых сред. В зависимости от точности измерения выбирают тот или иной способ. Широкий класс задач в термодинамике и теплофизике, связанных с необходимостью экспериментального определения температурных полей вокруг нагретых тел, успешно решаются интерферометрическими методами, не внося при этом возмущений в исследуемый объект [Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. М.: Машиностроение, 1989, с.181]. Измерение показателя преломления, например, оптических элементов, призм и т.д. осуществляется с непосредственным использованием закона преломления, т.е. реализуется метод измерения угла отклонения световых лучей [Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. Л.: Химия, 1974, 400 с.]. Для определения неоднородностей в прозрачных объектах и измерения градиента показателя преломления используется теневой метод.
Применяемые способы измерения показателя преломления газовой среды в вышеперечисленных работах не дают необходимой точности, которая составляет 10-7÷10-8. Такие точности недостаточны для проведения ряда прецизионных научных исследований. Это в первую очередь касается физической оптики, спектроскопии и аналитической химии (получение новых веществ с заданными параметрами), термодинамики и теплофизики (исследование температурных полей) и т.д.
Известен способ определения абсолютного значения показателя преломления газовых сред, являющийся прототипом предлагаемого изобретения. [Скоков И.В. «Многолучевые интерферометры», М., Машиностроение, 1969, 248 с.]. Определение абсолютного значения показателя преломления газовых сред осуществляется по изменению длины волны излучения в максимуме полосы пропускания многолучевого интерферометра Фабри-Перо в условиях, когда давление газовой среды, находящееся между зеркалами многолучевого интерферометра Фабри-Перо, меняется от атмосферного значения до вакуумного. Количественное значение изменения длины волны Δλ в этих условиях определяется по величине изменения диаметра i-го интерференционного кольца многолучевого интерферометра Фабри-Перо, который также зависит от давления газовой среды, т.е.
где λ - длина волны излучения; dil, di2 - начальное и конечное значения диаметра i-го интерференционного кольца многолучевого интерферометра Фабри-Перо, f - фокусное расстояние регистрирующего объектива.
Таким образом показатель преломления газовых сред будет определятся выражением
где m - число интерференционных колец, прошедших, например, через неподвижную диафрагму, за которой установлен фотоэлектрический приемник, при изменении давления газовой среды в многолучевом интерферометре Фабри-Перо.
Из (2) видно, что при известном значении длины волны излучения λ принцип измерения показателя преломления газовых сред сводится к отсчету числа m и определению изменения длины волны Δλ при изменении давления газовой среды в межзеркальном пространстве многолучевого интерферометра Фабри-Перо. Точность вычисления Δλ определяется точностью измерения диаметров i-го интерференционного кольца многолучевого интерферометра Фабри-Перо, которая по субъективным причинам сравнительно низкая.
Таким образом, указанный способ из-за низкой точности не позволяет проводить прецизионные измерения показателя преломления, например, в разреженных газовых средах.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерения показателя преломления газовых сред.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в создаваемом способе значение максимума выбранной полосы пропускания многолучевого интерферометра Фабри-Перо определяют частотным методом путем измерения частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум этой полосы пропускания, когда межзеркальное пространство многолучевого интерферометра Фабри-Перо заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано. Значение показателя преломления газовой среды определяют отношением измеренных частот в вакууме и в присутствии газовой среды.
На чертеже приведена структурная схема измерителя показателя преломления газовых сред, реализующая заявленный способ.
Устройство содержит: автоподстройку частоты 1; одночастотный перестраиваемый лазер 2; многолучевой интерферометр Фабри-Перо 3 со специальными зеркалами и вакуумной системой; фотоприемники 4 и 5; стабилизированный по частоте фемтосекундный лазер с известными генерируемыми частотами 6; частотомер 7; поворотные зеркала 8 и 9.
Многолучевой интерферометр Фабри-Перо 3 по оптическому каналу связан с одночастотным перестраиваемым лазером 2 и фотоприемником 4, автоподстройка частоты 1 обладает кабельной связью с фотоприемником 4 и одночастотным перестраиваемым лазером 2, одночастотный перестраиваемый лазер 2 и фемтосекундный лазер 6 по оптическому излучению при помощи поворотных зеркал 8 и 9 связаны с фотоприемником 5, который имеет кабельное соединение с частотомером 7.
Предложенный способ осуществляется следующим образом.
Для измерения показателя преломления газовой среды пространство между зеркалами многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3 заполняется газовой средой. Излучение одночастотного перестраиваемого лазера 2 пропускается через многолучевой интерферометр Фабри-Перо 3 и настраивается на максимум полосы пропускания произвольно выбранной моды k и при помощи автоподстройки частоты 1 стабилизируется частота одночастотного перестраиваемого лазера 2. При пространственном совмещении излучений одночастотного перестраиваемого лазера 2 и стабилизированного по частоте фемтосекундного лазера 6, осуществляемые поворотными зеркалами 8 и 9, с помощью фотоприемника 5 и частотомера 7 определяется частота νc одночастотного перестраиваемого лазера 2, частота которого настроена на максимум полосы пропускания моды k многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3. Таким образом определяется частота νc максимума полосы пропускания моды k многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3 при наличии газовой среды в межзеркальном пространстве. Для определения показателя преломления газовой среды необходимо знать значение частоты этой моды k многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3, когда пространство между зеркалами вакуумировано. Для этих целей при помощи вакуумных насосов производится постепенная откачка газовой среды из межзеркального пространства многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3, не нарушая процесса стабилизации частоты одночастотного перестраиваемого лазера 2 (необходимо соблюдать «слежение» автоподстройкой частоты 1 за максимумом полосы пропускания для моды k многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3). При вакуумировании межзеркального пространства многолучевого интерферометра Фабри-Перо 3 значение частоты νв одночастотного перестраиваемого лазера 2, настроенного на максимум полосы пропускания моды k определяется, как и в случае, когда многолучевой интерферометр Фабри-Перо 3 заполнен газовой средой по излучению стабилизированного по частоте фемтосекундного лазера 6 при помощи фотоприемника 5 и частотомера 7.
Таким образом, при известных значениях частот νc и νв определяется показатель преломления газовой среды по формуле:
В заключение отметим, что регистрация частотным методом максимума полосы пропускания выбранной моды многолучевого интерферометра Фабри-Перо позволяет получать точность измерения показателя преломления газовых сред ~(10-11÷10-12), что на (3-4) порядка выше, предложенного в прототипе.
Claims (1)
- Способ измерения показателя преломления газовых сред, основанный на измерении значения максимума выбранной полосы пропускания многолучевого интерферометра Фабри-Перо, отличающийся тем, что значение этого максимума полосы пропускания определяют частотным методом путем измерения частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум этой полосы, когда межзеркальное пространство многолучевого интерферометра Фабри-Перо заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано, а значение показателя преломления газовой среды определяют отношением этих измеренных частот.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122104/28A RU2471174C1 (ru) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Способ измерения показателя преломления газовых сред |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011122104/28A RU2471174C1 (ru) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Способ измерения показателя преломления газовых сред |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2471174C1 true RU2471174C1 (ru) | 2012-12-27 |
Family
ID=49257556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011122104/28A RU2471174C1 (ru) | 2011-05-31 | 2011-05-31 | Способ измерения показателя преломления газовых сред |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2471174C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685754C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2019-04-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Способ определения показателя преломления среды |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU363022A1 (ru) * | 1970-04-29 | 1972-12-30 | ВСЕСОЮЗНАЯЯ*ТЕНТ1Ш.ГЕХН|11ГгН|(д^;, | |
SU1117493A1 (ru) * | 1982-08-09 | 1984-10-07 | Предприятие П/Я А-1742 | Интерференционный способ измерени оптического показател преломлени газов и жидкостей |
US4685803A (en) * | 1986-01-23 | 1987-08-11 | Zygo Corporation | Method and apparatus for the measurement of the refractive index of a gas |
SU1608508A1 (ru) * | 1988-08-04 | 1990-11-23 | Новосибирский государственный университет | Рефрактометр |
CN101464408A (zh) * | 2009-01-15 | 2009-06-24 | 电子科技大学 | 光纤法珀折射率传感器及其制造方法 |
-
2011
- 2011-05-31 RU RU2011122104/28A patent/RU2471174C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU363022A1 (ru) * | 1970-04-29 | 1972-12-30 | ВСЕСОЮЗНАЯЯ*ТЕНТ1Ш.ГЕХН|11ГгН|(д^;, | |
SU1117493A1 (ru) * | 1982-08-09 | 1984-10-07 | Предприятие П/Я А-1742 | Интерференционный способ измерени оптического показател преломлени газов и жидкостей |
US4685803A (en) * | 1986-01-23 | 1987-08-11 | Zygo Corporation | Method and apparatus for the measurement of the refractive index of a gas |
SU1608508A1 (ru) * | 1988-08-04 | 1990-11-23 | Новосибирский государственный университет | Рефрактометр |
CN101464408A (zh) * | 2009-01-15 | 2009-06-24 | 电子科技大学 | 光纤法珀折射率传感器及其制造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ИОФФЕ Б.В. Рефрактометрические методы химии. - Л.: Химия, 1983, с.193. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685754C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2019-04-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Способ определения показателя преломления среды |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10078050B2 (en) | Submersible N-wavelength interrogation system and method for multiple wavelength interferometers | |
US9441947B2 (en) | N-wavelength interrogation system and method for multiple wavelength interferometers | |
Zhao et al. | Integrated near-infrared fiber-optic photoacoustic sensing demodulator for ultra-high sensitivity gas detection | |
CN108534986B (zh) | 一种多纵模激光器谐振腔fsr测量装置及测量方法 | |
CN105737733A (zh) | 一种大范围绝对距离测量中空气折射率的修正方法 | |
US20170146337A1 (en) | Apparatus for measuring length of optical resonant cavity | |
CN108387251B (zh) | 一种光纤光栅解调仪器及方法 | |
CN103674497A (zh) | 窄线宽激光器线宽高精度测量系统 | |
CN102706451A (zh) | 利用受激布里渊光损耗机制的高精度光谱分析仪 | |
CN102419312B (zh) | 基于无源谐振腔和光栅解复用器级联光波导传感器 | |
CN103256982A (zh) | 基于环形谐振腔游标效应以提高频率差或波长差测量精度的方法 | |
RU2471174C1 (ru) | Способ измерения показателя преломления газовых сред | |
RU2512616C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления | |
RU2608394C1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
US20150362386A1 (en) | Fiber optic sensor system and method | |
RU161644U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
RU2495387C2 (ru) | Способ измерения показателя преломления газовых сред | |
RU215540U1 (ru) | Оптический датчик измерения показателя преломления газов | |
Li et al. | Optical gas sensor based on gas conjugated interference light source | |
CN109752361A (zh) | 推挽式光纤拉曼谱仪 | |
Liu et al. | System optimization of a field-widened Michelson interferometric spectral filter for high spectral resolution lidar | |
Ushakov et al. | Utilization of NI PXIe-4844 interrogator for high resolution fiber extrinsic Fabry-Perot interferometric sensing | |
US20230184587A1 (en) | Fibre optic filter remote gas correlation sensor | |
Araújo et al. | Low-Cost Wideband Interrogation System for Fiber Optic Sensors | |
Zhang et al. | Approach to the measurement accuracy of laser wavelength in air |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160601 |