SU1155920A1 - Устройство дл определени показателей преломлени и поглощени твердых тел - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, содержащее осветительную систему и последовательно расположенные по ходу излучени  расщепитель излучени  по крайней мере на два пучка, измерительный блок в виде преломл ющего оптического элемента с плоской рабочей поверхностью и входной и выходной поверхност ми сферической или цилиндрической формы, наход щегос  в оптическом контакте со слоем иммерсионной жидкости, предназначенной дл  контакта с исследуемым твердым телом, и фотоприемный блок, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, слой иммерсионной жидкости имеет клиновидную форму с углом клина в диапазоне от 1 до 3 мин, причем показатель преломлени  иммерсионной жидкости удовлетвор ет соотношению. Лж Мп-0. («- с1где Ц,, - показатель преломлени  преломл ющей среды; (/) П - показатель преломлени  исследуемого твёрдого тела, оцененный с точностью до О,t.

Description

Изобретение относитс  к технической физике, предназначено дл  измерени  показателей пpeлo fлeни  п и поглощени  9t твердых тел, и может быть использовано в физической химии дл  анализа минералов, стекол, полупроводников, пластмасс.

Известно устройство дл  измерени  И и 3t поглощающих сред методом наругоенного полного внутреннего отра жени  (НПВО) путем измерени  коэффициентов отражени  R на границе исследуемой низкопреломл ющей среды с высокопреломл ющим оптическим элементов . В этом устройстве измерение показателей преломлени  и поглощени  осуществл етс  путем измерени  коэфф циентов отражени  света, падающего на границу контакта исследуемой среды с высокопреломл ющей средой при различных услови х, например, при нескольких углах падени  или при одном угле падени  и нескольких пол ризаци х светового пучка и т.д.L

Недостаток устройства - низка  точность измерений.

Наиболее близким по технической сзгщности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  определени  показателей преломлени  и поглощени  твердых сред содержащее осветительную систему и последовательно расположенные по ходу излучени  расщепитель излучени  по крайней мере на два пучка, измерительный блок в виде преломл ющего оптического элемента с плоской рабочей поверхностью и входной и выходной поверхност ми сферической или цилиндрической формы наход щегос  в оптическом контакте со слоем иммерсионной жидкости, предназначенной дл  контакта с. исследуемьв 1 твердьм талом, и фотоприемный блок этого устройства t2L

Недостатком устройства  вл етс  низка  точность измерени  показателе преломлени  и поглощени  твердых тел за счет ухудшени  оптического контакта на границе измеритепьной призмы с поверхностью измер емой среды. Использование дл  улучшени  оптического контакта иммерсионной жидкости, слою которой придаетс  плоскопараллельна  форма, приводит к необходимости учета интерференционных эффектов и, следовательно, необходимости контрол  толщины сло  этой жидкости, что усложн ет процесс

измерени  н требует использовани  дополнительной аппаратуры.

Цель изобретени  - повышение точности измерений показателей преломлени  и поглощени  твердых тел.

Поставленна  цель достигаетс  те что в устройстве дл  определени  показателей преломлени  и поглощени  твердых тел, содержащем осветительную систему и последовательно рположенные по ходу излучени  расщепитель излучени  по крайней мере на два пучка, измерительный блок в виде прелрмл кицего оптического элемента с плоской рабочей поверхностью и входной и выходной поверхност ми сферической или цилиндрческой формы, наход щегос  в оптическом контакте со слоем иммерсионной жидкости, предназначенной дл  контакта с исследуемым твердьм тело и фотоприемный блок, слой иммерсионной жидкости имеет клиновидную форму с углом клина в диапазоне от 1 до 3 мин, причем показатель преломлени  иммерсионной жидкости удовлетвор ет соотношению

,-ф(.),

г где

f - показатель преломлени 

преломл ющей среды;, Ic показатель преломлени  исследуемого твердого тела, оцененный с точностью до О,1.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - зависимость коэффициента отражени  от толщины сло  иммерсионной жидкости.

Устройство содержит осветительную систему 1 и последовательно расположенные по ходу излучени  расщепитель 2 излучени ,по крайней мере на два пучка, измерительный блок выполненный , например, в виде Сферического или цилиндрического элемента НПВО 3 клиновидный слой иммерсионной жидкости 4 и фотоприемный блок, включающий фокусирующую ЛИНЗУ 5 и приемник 6 излучени , соединенный с электрической схемой 7 регистрации, исследуемое твердое тело 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от осветительной системы 1 расщепл етс  расщепителем 2 на несколько пучков и проходит через элемент НПВО 3, слой иммерсионной жидкости 4 и, отразившись от грани цы раздела иммерсионной жидкости 4 с исследуемым твердым телом 8, собираетс  линзой 5 на фотоприемном устройстве 6, измер ющим коэффициент отражени . При проведении измерений на пре лагаемом устройства прижим образца к призме производитс  неравномерно Угол образующегос  клина иммерсион ной жидкости контролируетс  по чис лу интерференционных полос. Наблюдаемых и отраженном свете на повер ности образца. При числе полос nop ка 20 средн   погрешность измерени  коэффициентов отражени  состав л ет 0,2%, что соответствует пои ЗСс п грешност м определени  р дка 3-10 т.е. более , I.e. vLJiec чсМ на пор док меньше, чем в известном устройстве . В случае плоскопараллельного сл иммерсионной жидкости зависимость коэффициента отражени  от толщины сло  из-за интерференционных эффек тов будет иметь вид, приведенньй на фиг; 2, крива  9. Погрешности измерени  толщины сло  иммерсионно жидкости могут привести к погрешно т м измерени  коэффициента отражен йК до значений 1лЯ , следовательно , к погрешност м определени  И и зе , вычисл емым из значений R по известным формулам. Дл  сло  иммерсионной жидкости клиновидной формы коэффициент отра жени  дл  различных лучей, вход щих в пучок, будет последовательно измен тьс  . (интерференции в противофазе) до«„,с (интерференци  в фазе) Если по сечению пучка расположено значительное (пор дка 10-20) число интерференционнь полос, коэффициент отражени , измер емый фотоприемником, будет усредн тьс  и приближатьс  к значению коэффициента отражени  от сло  без учёта интерференции. Оценки показывают , что максимальна  погрешность определени  коэффициента отражени  обратно пропорциональна количеству интерференционных полос на поверхности образца uR,e«fR МОМ LplW , где N - число наблюдаеговс интерфе {«ио ных полос. 4 Действительно, коэффициент отени  светового пучка можно предвить (Ode, о L - линейные размеры пучка вдол клина. спользу  известное выражение коэффициента отражени  от слоиссреды , формулу (1) представл ют де ,PtC.) cje, (г) 1 +г - -г1+2 г (е) френелевские коэффии циенты отражени  от границ призма-иммерсионна  жидкость и иммерсионна  жидкость исследуема  среда, соответственно , разность фаз между интерферирук цими лучами . азность (Е) можно вьфаэить з угол клина сС и Е - рассто луча от кра  пучка S(e)2Te5ino(. /л, & - угол Падени  света. бозначают Вьщел   целое о периодов, представл ют о в 6L 21irJ- - oc.T, N соответствует числу интерференционных полос на поверхности образца. огда, переход  в (2) к интегринию по 8 , область интегрироваможно разбить на две . 2 NTT2Nf-i-5ocT i(5R(5-jfi(5)d&) О) о гмтг спользу  свойства периодичности ции R(), 3) можно представить де S. -(г( оо нтегриру  выражение А получают . -Рг) --(-uR (5) . -r/ri „г „1.„1.г. , ;-Vil,.r (ъ А. N (I «-

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, содержащее осветительную систему и последовательно расположенные по ходу излучения расщепитель излучения по крайней мере на два пучка, измерительный блок в виде преломляющего оптического элемента с плоской рабочей по верхностью и входной и выходной поверхностями сферической или цилиндрической формы, находящегося в оптическом контакте со слоем иммер~ сионной жидкости, предназначенной для контакта с исследуемым твердым телом, и фотоприемный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, слой иммерсионной жидкости имеет клиновидную форму с углом клина в диапазоне от 1 до 3 мин, причем показатель преломления иммерсионной жидкости удовлетворяет соотношению.

   Иж = Н_н-0,1(и_к-И_с) · где И_п - показатель преломления преломляющей среды;

   И_с ~ показатель преломления исследуемого твёрдого ' тела, оцененный с точностью до 0,1.

   Фиг 1