SU1631373A1 - Рефрактометр дл прозрачных пластин - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и предназначено дл  проведени  быстрых оценочных (с точностью до 10) измерений показател  преломлени  прозрачных пластин любого размера, причем в случае крупных и трудно транспортируемых пластин измерени  могут выполн тьс  непосредственно на объекте независимо от его пространственного положени  без изменени  этого положени . Целью изобретени   вл етс  упрощение измерений. Рефрактометр содержит источник излучени , собирающую линзу, держатель образца и зрительную трубу, в которой расположены автоколлимационный элемент и отсчетное устройство В прибор введены диффузор t отражатель излучени , установленные соответственно перед исследуемым образцом и а ним, и диафрагма с точечным отверстием (диаметром 0,1- 0,2 мм), совмещенна  с фокальной плоскостью объектива зрительной трубы посредством автоколлимационного элемента , выполненного в виде наклонного полупрозрачного зеркала.3 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и представл ет собой прибор дл  измерени  показател  п.релом- лени  прозрачных плоскопараллельных пластин любого размера, причем в случае крупных пластин измерени  могут выполн тьс  непосредственно на объекте независмо от его пространственного положени , без изменени  этого положени .

Цель изобретени  - упрощение измерений .

На фиг. 1 представлена оптическа  схема рефрактометра; на фиг. 2 - вариант конструктивного выполнени ; на фиг. 3 ход лучей , формирующих интерференционную картину.

Рефрактометр содержит источник 1 излучени  (лампочку накаливани  на 6 3,

10 Кл), короткофокусную собирующую линзу 2 с фокусным рассто нием 25 мм, фокусирующую световой пучок от источника на отверстии диаметром ,.1-0,2 мм в диафрагме 3, которое играет роль точечного источника света. Автоколлимационный элемент 4 выполнен в виде небольшого полупрозрачного зеркала (50%), закрепленного внутри зрительной трубы 5 под углом а 45° к оси трубки и наклоненного к оси светового пучка также под углом 45°.

Положение диафрагмы 3 отрегулировано так, чтобы ее изображение в автоколлимационном элементе 4 совпадало с фокальной плоскостью 6 линзы 7, а изображение отверсти  диафрагмы 3 оказалось в главном фокусе этой линзы. На выходе зрительной трубы 5 установлены параллельно

Os СО

00 VI СО

друг другу и нормально к выход щему из зрительной трубы 5 световому потоку диффузор 8, держатель образца с исследуемой пластиной 9 и отражатель 10.

Устройство включает также окул рный микрометр 11 со шкалой 12. Отражатель 10 установлен на горизонтальном столике (не показан), а зрительна  труба 5 установлена вертикально над ним. Зрительна  труба 5 в нижней своей части имеет линзу 7 с фокусным рассто нием F, равным 110 мм, а в верхней части - окул р с глазной линзой 13 (F 20 мм). Под глазной линзой 13 вблизи ее фокальной плоскости закреплен окул рный микрометр 11. Между линзами 7 и 13 расположен автоколлимационный элемент 4, св зывающий осветительную часть прибора с коллимационной и наблюдательной част ми.

Устройство работает следующим образом .

На поверхность отражател  кладут исследуемую пластину, которую покрывают диффузором. Отражатель ориентируют так, чтобы его горизонтальна  поверхность оказалась перпендикул рной коси зрительной трубы. Световой поток от источника 1 излучени  проходит через короткофокусную собирающую линзу 2 и фокусируетс  на отверстии диафрагмы 3, которое  вл етс  вторичным источником излучени . Благодар  автоколлимационному элементу 4 световой поток вводитс  в зрительную трубу 5.

Зрительна  труба 5 формирует строго коллимированный световой поток, который по выходе из нее попадает на диффузор 8, исследуемую пластину 9 и отражатель 10. В результате частичного расе ни  на поверхности 14 (фиг. 3), зеркального отражени  от поверхности 15 и повторного частичного рассе ни  на поверхности 14 возникают несколько производных пучков. Лучи, соответствующие главным из них, показаны на фиг. 3. Это производный луч 16, не испытавший рассе ни  ни на пр мом, ни на обратном пути (нулевой пучок).

Луч 16 может формировать зеркальное изображение освещающего источника по законам плоского зеркала, немотр  на наличие диффузора. Производные лучи 17 и 18, как один, так и другой, испытывают однократное зеркальное отражение от поверхности 15 и однократное рассе ние на поверхности 14х, но при разной последовательности этих процессов. Луч 17 рассеиваетс  на обратном пути после отражени  от поверхности 15, проход  подложку туда и обратно по нормали (опорный пучок), а луч 18 рассеиваетс  на пр мом пути - до отражени  и проходит поверхность 14 туда и

обратно под углом (предметный пучок). Так как лучи 17 и 18 возникают в результате

рассе ни  на одной и той же частице, то

11

дополнительные скачки фаз ,

обусловленные рассе нием, имеют одну и

t11

ту же величину, т.е. , и на разность хода А лучей 17 и 18 они не вли ют. Поэтому можно добитьс  высокой степени

Q взаимной когерентности этих лучей.

Перекрывание опорного и предметного пучков при условии их когерентности приводит к формированию интерференционной картины, В силу осевой симметрии располо5 жени  она имеет вид системы светлых и темных концентрических колец. Рассчет величины Л дл  небольших углов падени  I дает А i2t/n.

Поэтому картина представл ет собой

0 семейство темных и светлых колец первых пор дков, окружающих центральное нулевое п тно. Дл  темных колец имеют А (2К-1)А /2 или i2t/n (2К-1)А /2. Отсюда

5n 2i2t/(2K-1)A,...(1)

где t - толщина исследуемой пластины А-длина волны излучени : К - номер темного кольца. Интерференционна  картина формиру0 етс  в фокальной плоскости линзы 7 - в плоскости 6. Картина имеет центральную симметрию, причем центром симметрии, совпадающим с серединой ахроматического центрального нулевого п тна картины,

5  вл етс  главный фокус линзы 7. Эта точка оказываетс  выделенной и отчетливо видимой , поскольку с ней совмещаетс   рка  свет ща с  точка, представл юща  собой изображение точечного источника 1, форми0 руемое нулевым пучком отражательно-диффузной системы. Величину угла выхода рассе нных диффузором лучей дл  каждой точки интерференционной картины можно определить, измер   рассто ние отданной

5 точки картины до ее центра.

Лучшую видимость имеют темные кольца и положение этих колец можно фиксировать с большей надежностью. Поэтому расчетную формулу целесообразно св зать

5 с радиусами темных колец картины. Если фокусное рассто ние коллиматорной линзы 7 обозначить через F, а радиус К-ro темного кольца в картине, наблюдаемой в фокальной плоскости линзы 7 при нормальном рас0 положении отражательно-диффузной системы, через Rk, то угловые радиусы тем- 1 ных колец можно записать в виде

l Rk/F.

Подставл   это значение в формулу (1), получают расчетную формулу в виде

n 2tRk2/(2K-1)AF2

(2)

Промер радиусов колец окул рным микрометром позвол ет на основании формулы (2) рассчитать величину показател  преломлени  п исследуемой пластины,

Методика измерений зависит от размеров исследуемой пластины. В том случае, когда пластина имеет сравнительно небольшие размеры, например, не более 15x15 см2, можно использовать два вариан- та прибора. В первом из них рефрактометр дл  прозрачных пластин имеет оправу со столиком наподобии столика микроскопа с трем  опорными регулировочными винтами , которые и служат держател ми образца. На эти винты накладывают отражатель, покрывают его иссследуемой пластиной, верхнюю поверхность которой совмещают с диффузором или запыл ют, дл  чего достаточно иметь щепотку легко наносимого и удал емого порошка, например, ликоподи , и, наблюда  за интерференционной картиной в окул р, поворачивают регулировочные винты столика, добива сь того, чтобы картина представл ла собой систему пра- вильных колец с изображением источника излучени  в центре нулевого п тна. После этого измер ют несколько значений Rk и по формуле (2) определ ют показатель преломлени .

Во втором варианте прибора оправа со столиком отсутствует.Отражатель кладут на любой стол, накладывают на него исследуемую пластину, покрывают ее диффузором или запыл ют. Непосредственно на это уст- ройство став т зрительную трубу так, чтобы плоский край трубы, отработанный на пло

5

10 15 20 25 30

Claims (1)

1. 35 скость , перпендикул рную оси трубы, опи-. ралс  на поверхность диффузора. При этом прибор принимает нужное положение и измерени  далее выполн ют аналогичным образом. В том случае, когда исследуема  пластина имеет крупные размеры и она труднотранспортируема, но доступ к пластине свободен как со стороны передней поверхности, так и со стороны задней, поступают следующим образом. К задней поверхности пластины прижимают отражатель , а переднюю поверхность запыл ют, вплотную к ней (до упора) поднос т зрительную трубу и производ т измерени . Формула изобретени  Рефрактометр дл  прозрачных пластин, содержащий источник света и установленные по ходу светового потока собирающую линзу, держатель прозрачных пластин и зрительную трубу, включающую объектив, автоколлимационный элемент и отсчетное устройство, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  измерений, в устройство дополнительно введены диафрагма, рассеивающий элемент и отражатель, авто- колимационный элемент выполнен в виде полупрозрачного зеркала, установленного наклонно к напрзрлению распространени  светового потока, рассеивающий элемент и отражатель установлены по х-оду светового потока соответственно перед держателем прозрачных пластин и за ним, а диафрагма установлена за собирающей линзой по ходу светового потока и оптически сопр жена относительно наклонного полупрозрачного зеркала с фокальной плоскостью объектива зрительной трубы.

   .2 1

   Ю

   71

   П

   Фиг, 2

   Ч

   1 23