SU928204A1

SU928204A1 - Оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражени

Info

Publication number: SU928204A1
Application number: SU802956766A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Морозов; Борис Израилевич Молочников
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6681
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1982-05-15

Description

Изобретение относится к техничес· |кой физике и предназначено для измерения показателей преломления η и поглощения эс поглощающих сред, и может быть использовано в химии, нефтехимии, физической химии для анализа жидких и твердых сред.

Обычно измерение η и де поглощающих сред осуществляется методом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) путем измерения коэффициентов отражения R на границе исследуемой низкопреломляющей среды с высокопрёломляющим оптическим элементом (элементом НПВО).

Известны различные конструкции элемента НПВО в зависимости от характеристик измеряемой среды и выбранного способа измерений, например, элементы НПВО в виде призмы, в виде цилиндрических прямых и изогнутых стержней, стержней конической формы [1].

Наиболее близким к изобретению является оптический элемент НПВО, вы2 полненный в виде полусферы или полу- . цилиндра из высокопреломляющего изотропного материала с плоской рабочей поверхностью [2] .

Недостатком известного устройства является существенная потеря точности при значительном изменении параметров исследуемой среды. Действительно, оптимальные условия определения показателя преломления среды достигаются при значениях относительного показателя преломления η_οί4 = % 1 , где т\{ - показатель преломления исследуемого вещества, п₂ - показатель преломления элемента НПВО, и $ = = arcsin n_w-_v , где Q. - угол падения света на образец. Поэтому для сохранения точности при замене исследуемой среды на другую, отличающуюся на единицы второго-третьего знака после запятой по показателю преломления, необходима перестройка прибора, в частности, замена элемента НПВО на другой, с более близким показателем преломления з 928209 к показателю преломления исследуемой среды.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений с одновременным повышением точности измерений. 5

Указанная цель достигается тем, что оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражения, выполненный в виде полусферы с плоской рабочей поверхностью, выполнен из опти-10 чески анизотропного материала с оптической осью, перпендикулярной рабочей поверхности.

На фиг. 1 показан оптический элемент НПВО; на фиг. 2 - зависимость 15 показателя преломления для обыкновен ного п₀ и необыкновенного п_е лучей · от угла д' между волновым вектором и оптической осью элемента НПВО.

Элемент НПВО представляет собой полусферу 1 с плоской рабочей поверх ностью 2. Элемент НПВО выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью 00, перпендикулярной поверхности 2. 25

Пусть оптический элемент выполнен из одноосного кристалла (например, кальцита или кварца) с оптической осью, ориентированной 1 плоской поверхности оптического элемента. Тог- зо да для луча, поляризованного в плоскости падения, зависимость показателя преломления п_е(в·) от угла между волнщдым вектором и оптической осью кристалла (который в этом случае так- ₃₅же равен и углу падения) имеет вид, аналогичный приведенному на фиг. 2. Если показатель преломления исследуемого вещества находится между п₀ и п_е , то оптимальные условия достигаются, когда пё (θ-) =.11( и Я = arcsiri (n₍ /п*(&} ), т,е. оба словия оптимальности, приведенные выше, выполняются одновременно. Переход к другому веществу с показателем преломления п* из диапазона п_о - п_₽требует лишь изменения угла падения ι . . И * на & = arcsihf « ^пР^ичем одновременно выполняется условие и , = n_fi(8-).

Если - угол падения света на границу раздела и, одновременно, угол между оптической осью и волновым вектором, то показатель преломления исследуемого вещества определяется по известным формулам.

Таким образом, предлагаемое изобретение значительно упрощает процесс измерения при одновременном увеличении точности и позволяет заменить набор оптических элементов НВПО с различными показателями преломления одним элементом из оптически анизотропного материала, что расширяет диапазон измерений с помощью одного элемента НПВО. .

Claims

Изобретение относитс к техничес кой физике и предназначено дл измерени показателей преломлени п и по глощени ЭС поглощающих сред, и может быть использовано в химии, нефтехимии , физической химии дл анализа жидких и твердых сред. Обычно измерение п и эепоглощающих сред ocylJ ecтвл eтc мeтoдoм нарушенного полного внутреннего отраже ни (НПВО) путем измерени коэффициентов отражени R на границе исследуемой низкопреломл ющей среды с высокопрёломл ющим оптическим элементом (элементом НПВО), Известны различные конструкции элемента НПВО в зависимости от харак теристик измер емой среды и выбранно го способа измерений, например, элементы НПВО в виде призмы, в виде цилиндрических пр мых и изогнутых стер ней, стержней конической формы 1. Наиболее близким к изобретению в л етс оптический элемент НПВО, выполненный в виде полусферы или полуцилиндра из высокопреломл ющего изотропного материала с плоской рабочей поверхностью 2 . Недостатком известного устройства вл етс существенна потер точности при значительном изменении параметров исследуемой среды Действительно, оптимальные услови определени показател преломлени среды достигаютс при значени х относительного показател преломлени п,,; :г 1, где п/ - показатель преломлени ис ледуемого вещества, п - показатель преломлени элемента НПВО, и arcsin iv , где fi - угол падени света на образец. Поэтому дл сохранени точности при замене исследуемой среды на другую, отличающуюс на единицы второго-третьего знака после зап той по показателю преломлени , необходима перестройка прибора, в частности, замена элемента НПВО на другой, с более близким показателем преломлени к показателю преломлени исследуемой среды. Цель изобретени - расширение диапазона измерений с одновременным повышением точности измерений. Указанна цель достигаетс тем, что оптический элемент нарушенного полйого внутреннего отражени , выпол ненный в виде полусферыс плоской ра бочей поверхностью, выполнен из опти чески анизотропного материала с опти ческой осью, перпендикул рной рабо-. чей поверхности. На фиг. 1 показан оптический элемент ИПВО; на фиг« 2 - зависимость показател преломлени дл обыкновен ного По и необыкновенного Пе лучей от угла О- между волновым вектором и оптической осью элемента НПВО. Элемент НПВО представл ет собой полусферу 1 с плоской рабочей поверх ностью 2. Элемент НПВО выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью 00, перпендикул рной поверхности 2, Пусть оптический элемент выполнен из одноосного кристалла (например, кальцита или кварца) с оптической осью, ориентированной i плоской поверхности оптического элемента. Toi- да дл луча, пол ризованного в плоскости падени , зависимость показател преломлени п(0-) от угла между волнцрым вектором и оптической осью кристалла (который в этом случае так же равен и углу падени ) имеет вид, аналогичный приведенному на фиг. 2, Если показатель преломлени исследуемого вещества п находитс между Пр и Пр , то оптимальные услови достигаютс , когда пё (-б-) п и S- агсз1п(П(/ng( в-) ), т.е. оба слови оптимальности, приведенные выше, выполн ютс одновременно. Пере ход к другому веществу с показателем 92 преломлени п из диапазона п - п требует лишь изменени угла падени на & arcsih( ) « причем одновре / / менно выполн етс;п условие п, П((). Если - угол падени света на границу раздела и, одновременно, угол между оптической осью и волновым вектором , то показатель преломлени исследуемого вещества определ етс по известным формулам. Таким образом, предлагаемое изобретение значительно упрощает процесс измерени при одновременном увеличеНИИ точности и позвол ет заменить набор оптических элементов НВПО с различными показател ми преломлени одним элементом из оптически анизотропного материала, что расшир ет диапазон измерений с помощью одного элемента НПВО. . Формула изобретени Оптический элемент нарушенного полного внутреннего отражени , выполненный в виде полусферы с плоской рабочей поверхностью, отличающийс тем, что, с целью повышени точности , и расширени диапазона измерени , он выполнен из оптически анизотропного материала с оптической осью, перпендикул рной рабочей поверхности. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Молочников Б. И. и др. Рефрактометры дл определени оптических посто нных сред. М., ЦНИИТЭИ приборостроени , 1979, с. e-kO.
2.Харрик Н. Спектроскопи внутреннего отражени . М., Мир, 1970, с. 95-100 (прототип).