SU1226198A1 - Refractometer of disturbed total internal reflection - Google Patents

Refractometer of disturbed total internal reflection Download PDF

Info

Publication number
SU1226198A1
SU1226198A1 SU843825535A SU3825535A SU1226198A1 SU 1226198 A1 SU1226198 A1 SU 1226198A1 SU 843825535 A SU843825535 A SU 843825535A SU 3825535 A SU3825535 A SU 3825535A SU 1226198 A1 SU1226198 A1 SU 1226198A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
optical element
working
polarization
curvature
plane
Prior art date
Application number
SU843825535A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Пеньковский
Николай Алексеевич Аникин
Николай Александрович Петрановский
Original Assignee
Предприятие П/Я А-3771
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 Предприятие П/Я А-3771 filed Critical Предприятие П/Я А-3771
Priority to SU843825535A priority Critical patent/SU1226198A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1226198A1 publication Critical patent/SU1226198A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области оптического приборостроени  и предназначено дл  измерени  вещественной части показател  преломлени  поглощающих сред относительно прозрачной высокопреломл ющей среды с - известным показателем преломлени . С целью повьшени  точности измерений высокопреломл ющий оптический элемент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы с центром кривизны на плоской рабочей поверхности, соприкасающейс  с исследуемой средой, а на его нерабочей плоской поверхности закреплены пол ризационньтй фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на оптический элемент пучок света шириной d смещен относительно ребра, образованного его рабочей и нерабочей поверхност ми, на величину L -(d/2), где L - ширина рабочей поверхности оптического элемента в плоскости падени , 1 ил. G (ЛThe invention relates to the field of optical instrumentation and is intended to measure the real part of the refractive index of absorbing media of a relatively transparent, highly refractory medium with a known refractive index. In order to improve the measurement accuracy, the high-refractive optical element is designed as a fourth part of a cylinder or sphere with a center of curvature on a flat working surface in contact with the medium, and a polarizing filter and a mirror are fixed on its non-working flat surface, and the illuminator is mounted so that the falling on the optical element, a beam of light of width d is offset relative to the edge formed by its working and non-working surfaces by an amount L - (d / 2), where L is the width of the working surface of the optical element in the plane of incidence, 1 Il. G (L

Description

1one

Изобретение относитс  к оптико- еханическим приборам и предназначено дл  измерений вещественной части , комплексного показател  преломени  Aj п - i г исследуемых поглащающих сред, например жидкостей с показателем поглощени  Щ :0,02, относительно прозрачной высокопреломл ющей среды (например, стекла) с известным показателем преломлени  п, ,The invention relates to optical-mechanical devices and is intended to measure the real part, the complex refractive index Aj n - i g of the absorbing media under study, for example liquids with an absorption index U: 0.02, a relatively transparent highly refractory medium (for example glass) with a known indicator refracted p,

Целью изобретени   вл етс  повьше- ние точности измерений и упрощение конструкции.The aim of the invention is to increase the measurement accuracy and simplify the design.

На чертеже изображена принципиальна  схема рефрактометра нарушенного полного внутреннего отражени  (НПВО).The drawing is a schematic diagram of a disturbed total internal reflection refractometer (ATR).

Устройство содержит осветитель, состо щий из источника 1 света и конденсатора 2, коллиматор с диафрагмой 3, котора  установлена в фокусе объектива 4, измерительньш блок в вие высокопреломл ющего оптического элемента 5 с цилиндрической входной поверхностью, центр кривизны которой находитс  на плоской рабочей поверхности, соприкасающейс  С исследуемой средой 6. На рассто нии 0,1-0,3 мм от цилиндрической поверхности элемента 5 установлена неподвижно отрицательна  плоско-вогнута  инза 7, показатель преломлени  и радиус кривизны которой равны показателю преломлени  и радиусу кривизны элемента 5, Элемент 5, кювета 8 с исследуемой средой 6 укреплены на лимбе 9 углоизмерительного устройства 10, причем так, что центр кривизны оптического элемента 5 совпадает с центром вращени  лимба 9 углоизмерительного устройства 10.The device contains an illuminator consisting of a light source 1 and a condenser 2, a collimator with a diaphragm 3, which is installed in the focus of the lens 4, a measuring unit facing a high refractive optical element 5 with a cylindrical entrance surface, the center of curvature of which is on a flat working surface adjoining With the medium under study 6. At a distance of 0.1-0.3 mm from the cylindrical surface of element 5, a fixedly negative flat-concave Inse 7 is installed, the refractive index and radius of curvature of which is refractive index and radius of curvature of the element 5, element 5, the cuvette 8 with the investigated medium 6 are mounted on the limb 9 angle measurement device 10, and so that the center of curvature of the optical element 5 coincides with the center of rotation of the dial 9 angle measurement device 10.

1212

Высокопреломл ющий оптический элемент 5 имеет дополнительную плоскую поверхность, перпендикул рную рабочей поверхности и проход щую через центр кривизны элемента 5. На этой дополнительной плоской поверхности с помощью оптического кле  закреплены пол ризационный фильтр 11 и дополнительное зеркало 12. Плоскость пропускани  пол ризационного фильтра 1I составл ет угол 45 или - 45 по отношению к плоскости падени  света. После объектива 4 коллиматора по ходу лучей установлены интерференционный 13 и пол ризационный 14 фильтры магнитооптический модул тор 15, четвертьволнова  пластина 16 и второй магнитооптический модул тор 17. ПлосThe high refractive optical element 5 has an additional flat surface perpendicular to the working surface and passing through the center of curvature of the element 5. A polarization filter 11 and an additional mirror 12 are fixed to this additional flat surface with an optical adhesive. The transmittance plane of the polarization filter 1I is angle of 45 or - 45 with respect to the plane of incidence of light. After the collimator lens 4, an interference 13 and a polarization 14 filters magneto-optical modulator 15, a quarter-wave plate 16 and a second magneto-optical modulator 17 are installed along the rays. A flat

10ten

1515

2020

2525

261982261982

кость пропускани  пол ризационного фильтра 14 взаимно ортогональна плоскости пропускани  пол ризационного фильтра 11 и составл ет соответственно угол -45 или 45 по отношению к плоскости падени  света. Главные оси четвертьволновой пластинки 16 соответственно совпадают с плоскост ми пропускани  пол ризационных фильт- роэ 11 и 14. Модул торы 15 и 17 выполнены одинаково и питаютс  переменными токами одной и той же частоты, например частоты сети w , но в проти- вофазе. Предлагаемое устройство содержит также фотоприемник 18, избирательный усилитель 19 и реверсивный двигатель 20, механически св занный с лимбом 9 углоизмерительного устройства 10, которые составл ют след щую систему .The transmittance bone of the polarization filter 14 is mutually orthogonal to the transmittance plane of the polarization filter 11 and is respectively an angle of -45 or 45 with respect to the plane of incidence of light. The main axes of the quarter-wave plate 16, respectively, coincide with the transmission planes of the polarization filters 11 and 14. The modulators 15 and 17 are made in the same way and are powered by alternating currents of the same frequency, for example, the network frequency w, but in opposite phase. The proposed device also comprises a photodetector 18, a selective amplifier 19 and a reversing motor 20, mechanically connected with the limb 9 of the angle measuring device 10, which constitute the tracking system.

Рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражени  работает следующим образом.A refractometer of impaired total internal reflection works as follows.

Сформированный элементами 1-4 и 13 коллимированный монохроматический пучок света проходит пол ризационный фильтр I4, модул тор 15, четвертьволновую пластину 16, второй модул тор 17, отрицательную плоско-вогнутую линзу 7 и под углом ОС падает на границу раздела двух сред: стекла, из которого изготовлен оптический элемент 5 НПВО, и исследуемой среды 6. Отраженный от границы раздела сред 5 и 6 Световой поток проходит пол ризационный фильтр 11, отражаетс  от зеркала 12, снова проходит через пол ризационный фильтр 11 и воспринимаетс  фотоприемником 18. Под воздействием переменного тока частоты 63 магнитооптические модул торы 15 и 17 преобразуют линейный пол ризованный свет так, что происходит периодическое с частотой 0 изменение как азимута пол ризации (f , так и разности фаз S между Р- и S-составл ющими на величину, например, 0,01 от максимальной величины. Этим достигаетс  периодическое с частотой к наложение вынужденных колебаний на пол ризационные параметры С) и , которые измен ютс  при изменении угла падени  oi .A collimated monochromatic beam of light formed by elements 1–4 and 13 passes a polarization filter I4, modulator 15, quarter-wave plate 16, second modulator 17, negative flat-concave lens 7 and at an angle of OS falls on the interface between two media: glass, from the optical element 5 of the ATR is manufactured, and the medium under study 6. Reflected from the interface between media 5 and 6, the luminous flux passes through the polarization filter 11, reflects from the mirror 12, passes through the polarization filter 11 again and is sensed by the photodetector 18. Under the influence of alternating current frequency 63, magneto-optical modulators 15 and 17 convert linear polarized light so that a change in both the azimuth of polarization (f and the phase difference S between the P and S components by for example, 0.01 of the maximum value. This achieves a periodic imposition of forced oscillations on the polarization parameters C) with frequency, and which change as the angle of incidence oi changes.

30thirty

3535

4040

4545

5050

5555

Фотоприемник .18 воспринимает свет, измен ющийс  по законуPhotodetector .18 perceives light changing by law

1 - ---- l-Cos 29. Cos + А« К Sin 2у - SinS. Cos 2v ) - Sincot ,1 - ---- l-Cos 29. Cos + А «К Sin 2у - SinS. Cos 2v) - Sincot,

ot ot

A 3 12 где Ig - интенсивность падающего на пол ризационный фильтр 1.4 света;A 3 12 where Ig is the intensity of the light incident on the polarization filter 1.4;

коэффициент прохождени  света через оптическую схему; амплитуда модул ции. Если угол падени51 света оИ меньше, псевдокритическогос ср arc + t i где n и Эе - относительно показатели преломлени  и поглощени ,то в резуль- тате эффекта преобладани  двойного относительного изменени  азимута линейной пол ризации 2 if над относителным изменением разности фаз S при отражении от границы раздела сред 5 и 6 переменна  составл юща  частоты СО сигнала фотоприемника 18 по фазе будет такой, как фаза возбуждени  мо дул тора 17. А если oi. : , то в результате преобладани  относительного изменени  разности фаз S над азимутом 2(f переменна  составл юща  , сигнала фотоприемника 18 по фазе будет такой, как фаза возбуждени  модул тора 15, т.е. отличаетс  на и радиан по сравнению с рассмотренными случа ми. Переменна  составл юща  сигнала фотоприемника 18 усиливаетс  избирательным усилителем 19 и подаетс  на обмотку управлени  двигател  20, который через редуктор перемещает лимб 9 вместе с элементом 5 и исследуемой средойlight transmission coefficient through the optical circuit; modulation amplitude. If the angle of incidence51 of light OI is smaller, the pseudocritical avg arc + ti where n and Ee are relative to the refractive indices and absorption, then the effect of the predominance of a double relative change in the azimuth of linear polarization 2 if over the relative change in the phase difference S Mediums 5 and 6 are variable components of the CO frequency of the photodetector 18 signal in phase will be the same as the excitation phase of the modulator 17. And if oi. :, as a result of the predominance of the relative change in the phase difference S over the azimuth 2 (f is variable, the signal of the photodetector 18 in phase will be the same as the excitation phase of the modulator 15, i.e. differs by and radians compared to the cases considered. The variable signal component of the photodetector 18 is amplified by the selective amplifier 19 and is applied to the control winding of the engine 20, which through the reducer moves the limb 9 together with element 5 and the medium under study.

6 в угсоответствующем6 in the appropriate

6 в угнаправлении ,6 in direction

При оС Kf, когда 2(f S , в : спектре сигнала фотоприемника 18 исчезает перва  гармоника частоты со и двигатель 20 останавливаетс . Значение измеренной вещественнойAt ° C Kf, when 2 (f S, in: the signal spectrum of the photodetector 18 disappears the first harmonic of frequency co and the engine 20 stops. The value of the measured real

части п комплексного показател  преломлени  п п - j ЭС исследуемой среды определ ют по формуле п n,Sinoc p,, где п, - известный заранее показатель преломлени  стекла элемента 5.the part n of the complex refractive index n p - j of the medium under investigation is determined by the formula n n, Sinoc p, where n is the previously known refractive index of the glass of element 5.

Рефрактометр может быть выполнен в других вариантах. Например, осветитель и фотоприемник могут мен тьс  местами, а вместо магнитооптических могут бытьприменены электрооптические или электромеханическиемодул торы.The refractometer can be made in other versions. For example, the illuminator and the photodetector can be swapped, and instead of magneto-optical, electro-optical or electromechanical modulators can be used.

Предлагаемый рефрактометр нарушенного полного внутреннего отражени  имеет р д преимуществ по сравнению с 55 известными.The proposed refractometer of the disturbed total internal reflection has a number of advantages in comparison with 55 known ones.

Устройство имеет только один подвижный узел, состо щий из оптическо261 The device has only one mobile node consisting of an optical

j Q ь - , 2о 25 JQ j Qb -, 2o 25 jq

3535

4040

4545

5050

55 55

98 . 498 four

го элемента 5 с пол ризационным фильтром 11, зеркалом 12 и кюветой 8 и исследуемой средой 6, который закреп- лен на лимбе 9. Это позвол ет исключить р д ощибок, св занных с перемещением фотоприемника, и hoвыcить точность измерени  угла падени  света, следовательно, повысить точность измерений показател  преломлени  исследуемой среды 7. Одновременно упроща- етс  конструкци .element 5 with a polarization filter 11, a mirror 12 and a cuvette 8, and the test medium 6, which is fixed on limb 9. This eliminates a number of faults associated with the movement of the photodetector and increases the accuracy of the measurement of the angle of light incidence, therefore , increase the accuracy of measurements of the refractive index of the medium under study 7. At the same time, the design is simplified.

В устройстве пол ризационный /фильтр 11 закреплен совместно с зер- калом 12 на оптическом элементе 5, что позвол ет исключить вли ние эффекта отражени  пол ризационного света от зеркала 12 на состо ние пол ризации света и существенно сократить длину пути пол ризованного пучка света в стекле на участке между пол ризационными фильтрами. Это также позвол ет повысить точность измерений.In the device, the polarization / filter 11 is fixed together with the mirror 12 on the optical element 5, which eliminates the influence of the reflection of polarization light from the mirror 12 on the state of polarization of the light and significantly reduces the path length of the polarized light beam in glass between the polarization filters. It also improves the accuracy of measurements.

Предлагаемое конструктивное исполнение рефрактометра упрощает его юстировку и процесс измерений, который сводитс  к автоматическому управлению псевдокритического угла с помощью простейшей след щей сйсте- мы и рещению с помощью встроенного либо установленного отдельно микпо- калькул тора простого уравненна  п п, .The proposed design of the refractometer simplifies its adjustment and measurement process, which boils down to automatic control of the pseudocritical angle with the help of a simple tracking system and solution using the built-in or installed separately micro calculator simple equalized n п,.

Claims (1)

Формула изобрете ни Invention Formula Рефрактометр нарущенного полного внутреннего отражени , содержащий осветитель и последовательно расположенные по ходу пучка света коллиматор , интерференционный и пол ризационный фильтры, два модул тора состо ни  пол ризации света с расположенной между ними четверть1волновой пластиной , измерительный блок, содержа- щлй высокопреломл ющий оптический элемент с цилиндрической или сферической входной поверхностью, центр кривизны которой находитс  на плоской рабочей поверхности, соприкасающейс  с исследуемой средой, отрицательную плосковогнутую линзу, показатель преломлени  и радиус кривизны которой равны показателю преломлени  и радиусу кривизны высокопреломл ющего , оптического элемента, при этом и змерительный блок механически св зан с углоизмерительным устройством, центра вращени  которого совпадает с центром кривизны оптического элемента, и второй пол ризационный фильтр, плоскость пол ризации которого взаимно ортогональна плоскости пол ризации первого пол - ризационного фильтра и составл ет угол +45 с плоскостью падени  света а также фотоприемник, электрически соединенный со след щей системой, отличающийс   тем, что, с целью повьшени  точности измерений и упрощени  конструкции, в .рефрактометр дополнительно введено зеркало, а высокопреломл ющий оптический эле- Refractometer of impaired total internal reflection, containing an illuminator and a collimator, interference and polarization filters sequentially arranged along the light beam, two modulators of the state of polarization of light with a quarter-wave plate located between them, a measuring unit containing a high-refractive optical element with a cylindrical or a spherical entrance surface whose center of curvature is on a flat working surface in contact with the test medium, a negative flat-concave lens, the refractive index and radius of curvature of which is equal to the refractive index and radius of curvature of a highly refractive optical element, while the measuring unit is mechanically connected with an angle measuring device, the center of rotation of which coincides with the center of curvature of the optical element and the second polarization filter, plane the polarizations of which are mutually orthogonal to the plane of polarization of the first polarization filter and make up an angle of +45 with the plane of incidence of light as well as a photodetector, electrically connected to a tracking system, characterized in that, in order to improve measurement accuracy and simplify the design, a mirror is additionally introduced into the refractometer, and a high-refractive optical element мент выполнен в виде четвертой части цилиндра или сферы, на нерабочей плоской поверхности которого последовательно закреплены второй пол ризационный фильтр и зеркало, причем осветитель установлен так, что падающий на Оптический элемент пучок света шириной.d смещен относительно ребра , образованного его рабочей и нерабочей поверхност ми, на величинуThe coping is made in the form of a fourth part of a cylinder or sphere, on the non-working flat surface of which a second polarization filter and a mirror are successively fixed, and the illuminator is installed so that the light beam incident on the Optical element is wide. d is displaced relative to the edge formed by its working and non-working surfaces by где L - ширина рабо - r L - 2 - 2 чей поверхности оптического элемента в плоскости падени .where L is the width of the working - r L - 2 - 2 whose surface of the optical element in the plane of incidence. 2020 Редактор Л.ГратиллоEditor L.Gratillo Составитель С,Голубев Техред Н.БонкалоCompiled by C, Golubev Tehred N. Bonkalo Заказ 2 18/36Тираж 778ПодписноеOrder 2 18/36 Circulation 778 Subscription ВНИИШ Государственного комитета СССРVNIISH State Committee of the USSR по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раущска  наб. , д.4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Rauschska nab. 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна ,4Production and printing company, Uzhgorod, Projecto st., 4 Корректор Т.КолбProofreader T. Kolb
SU843825535A 1984-12-17 1984-12-17 Refractometer of disturbed total internal reflection SU1226198A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843825535A SU1226198A1 (en) 1984-12-17 1984-12-17 Refractometer of disturbed total internal reflection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843825535A SU1226198A1 (en) 1984-12-17 1984-12-17 Refractometer of disturbed total internal reflection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1226198A1 true SU1226198A1 (en) 1986-04-23

Family

ID=21151689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843825535A SU1226198A1 (en) 1984-12-17 1984-12-17 Refractometer of disturbed total internal reflection

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1226198A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Лейкин М.В. и др. Отражательна рефрактометри . Л.: Машиностроение, 1983. с. 120-132. Пеньковский А.И. Способ измерени показателей преломлени поглощающих сред. - ОМП, 1982, № 8, с. 38. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4576479A (en) Apparatus and method for investigation of a surface
KR100225923B1 (en) Phase shifting diffraction interferometer
US5475489A (en) Determination of induced change of polarization state of light
US4762417A (en) Fringe scanning point diffraction interferometer by polarization
SU1226198A1 (en) Refractometer of disturbed total internal reflection
SU1179170A1 (en) Polarization refractometer of violated complete internal reflection
US5184010A (en) Spectrum modulation encoding sensor system for remotely detecting a physical magnitude, and operating by reflection
US4679933A (en) Device for birefringence measurements using three selected sheets of scattered light (isodyne selector, isodyne collector, isodyne collimator)
SU1383108A1 (en) Spectrophotometer
SU1776989A1 (en) Angle-of-twist sensor
SU1383162A1 (en) Method of measuring double refraction of substances
RU2029258C1 (en) Polarimeter for measuring blood sugar concentration
SU1608425A1 (en) Device for non-contact measuring of profile of parts
RU2049985C1 (en) Refractometer
SU792107A2 (en) Refractometer
SU847018A1 (en) Displacement meter
SU1550428A2 (en) Electric cyratory device for non-contact measuring of high voltages
SU1021959A1 (en) Anisotropic media polarization characteristic measuring device
SU1582039A1 (en) Device for determining position of focal plane of lens
SU1155921A1 (en) Polarizing refractometer
Forsythe The rotation of prisms of constant deviation
SU1113670A1 (en) Device for checking flat optical surfaces
RU2052772C1 (en) Range-finding device
RU2085873C1 (en) Multiple-beam interference device
SU1601563A1 (en) Device for measuring angular dependence of reflection factor of material