Спосіб вимірювання показників заломлення і поглинання та пристрій для його здійснення

1. Спосіб вимірювання показників заломлення і поглинання, який полягає в вимірюванні коефіцієнтів відбивання світла R(q) від границі контакту досліджуваного середовища з високозаломлювальним середовищем в широкому діапазоні кутів падіння q, який відрізняється тим, що визначають 42987 хунок введення нових блоків і форми вимірювального елементу, досягається підвищення точності. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої, який містить оптично послідовно з'єднані джерело світла, об'єктив, високозаломлюючий оптичний елемент, введено фотолінійку, при цьому високозаломлюючий оптичний елемент виконаний у вигляді плоского світловоду як елемент порушеного повного внутрішнього багаторазового відбиття з спеціальними сферичними пристроями вводу - виводу. Пристрій спрощує процес вимірювань, який зводиться до визначення фотолінійкою інтенсивності відбитого від високо заломлюючого елемента гомоцентричного пучка. Відсутність колімації пучка світла та наявність багатократного відбиття у плоскому світловоді забезпечує необхідне підвищення контрастності світлотіні, а отже, точності. Крім того суттєво спрощується конструкція приладу, відсутня необхідність зміни кута падіння світла за допомогою механічних вузлів, що також істотно впливає на підвищення точності вимірювань. Інтенсивність відбитого пучка світла реєструється фотолінійкою. Таким чином скорочується час вимірювального процесу, оскільки існує можливість отримати залежність енергетичних характеристик на фотолінійці відразу для всього спектру кутів відбиття. Даний спосіб вимірювання дозволяє підвищити точність вимірювань та спростити алгоритм обчислювань, а також відкидає необхідність використання числових методів і не потребує складної обчислювальної техніки. На фігурі представлена принципова схема запропонованого пристрою. Пристрій містить джерело 1 світла, оптично пов'язане з послідовно розташованим об'єктивом 2, високозаломлювальним, у вигляді світловоду з спеціальними сферичними пристроями вводу 4, виводу 5, елементом 3 порушеного повного внутрішнього багаторазового відбиття, який контактує з досліджуваним 6 середовищем і фотолінійкою 7. В якості джерела 1 світла може бути використаний світлодіод АЛ107 (Иванов В.И. и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справ. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 78), об'єктив 2 описаний в [Туригин И.А. Прикладная оптика. - М.: Машиностроение, 1965. - С. 21], високозаломлювальний елемент 3 описаний в [Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы в химии/ - Л.: Химия, 1983. - С. 230], фотолінійка 7 описана в [Ишами Г.Г, Панков Э.Д. Источники и приемники излучения. - СПб.: Политехника, 1991. - С. 212]. Пристрій працює таким чином: від джерела 1 світла за допомогою об'єктива 2, гомоцентричний оптичний пучок поступає через пристрій вводу 4 у високозаломлювальний елемент 3 порушеного повного внутрішнього багаторазового відбиття 4, який контактує з досліджуваним 6 середовищем і в якому відбувається багаторазове відбиття та через пристрій виводу 5 виводиться на фотолінійку 7. По отриманій інтенсивності відбитого пучка світла будують функціональну залежність коефіцієнта відбиття від кута падіння, визначають максимум першої похідної функції в точці, яка відповідає уявному критичному куту qкр, а отже показнику за чою поверхнею і вхідною і вихідною поверхнями сферичної або циліндричної форми і фотоприймальний пристрій, причому марка коліматора містить принаймні дві щілини, перед коліматором встановлена діафрагма з двома прозорими зонами, а робоча поверхня оптичного елемента містить дві зони, одна з яких виконана з коефіцієнтом відбиття 100%, причому зони діафрагми і високозаломлюючого елемента попарно спряжені, а в області діафрагми встановлено обтюратор. Недоліками даного пристрою є наявність механічних частин для настройки різних кутів падіння пучка світла, що потребує значних затрат часу. Найбільш близьким до даного винаходу є спосіб визначення показників заломлення і поглинання (А.с. № 1539611 А1, кл. G01N21/41, 1990, Бюл. № 4), який включає освітлення пучком світла досліджуваного середовища, яке контактує з високозаломлюючим середовищем, під двома кутами падіння, вимірювання коефіцієнтів відбивання світла для цих кутів падіння і визначення показників заломлення і поглинання, причому для слабкопоглинаючих середовищ, показник поглинання яких не перевищує 10-4, додатково опромінюють досліджуване середовище пучком світла під іншими кутами падіння, вимірюють коефіцієнти відбивання світла для них, і вибирають два таких коефіцієнта R(q1) і R(q2), для яких значення виразу [R(q1)-R(q2)]/(q1×q2) максимальне, а показники заломлення і поглинання визначають по вибраним величинам. Однак в даному способі точність вимірювань залежить від умов вимірювання кутів падіння і величини відносного показника заломлення. Відомий пристрій (А.с. № 1539611 А1, кл. G01N21/41, 1990, Бюл. № 4), що реалізує цей спосіб, який містить джерело світла, конденсор, діафрагму з прозорими зонами, обтюратор, об'єктив, марку з рухомими щілинами, об'єктив коліматора, лінзу, високозаломлюючий оптичний елемент з робочою поверхнею і зонами на цій поверхні, фотоприймачі, вимірювачі відношень, обчислювальний пристрій. Різні кути падіння світла отримують шляхом розщеплення світлового пучка маркою. Недоліком цього приладу є низька точність вимірювання, обумовлена неможливістю точної установки кута падіння світла через недостатню колімацію пучка променів. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу вимірювання показників заломлення і поглинання, в якому за рахунок введення нових операцій, досягається підвищення точності вимірювань. Поставлена задача, досягається тим, що в способі, який полягає в вимірюванні коефіцієнтів відбивання світла R(q) від границі контакту досліджуваного середовища з високозаломлювальним середовищем в широкому діапазоні кутів падіння q, визначають максимум першої похідної функції в точці, яка відповідає уявному критичному куту, а отже показнику заломлення, і обчислюють числове значення максимуму першої похідної, що відповідає показнику поглинання середовища. В основу винаходу поставлено задачу розробки пристрою, який реалізує спосіб вимірювання показників заломлення і поглинання, в якому, за ра 2 42987 ломлення n2, і обчислюють числове значення максимуму першої похідної tga, де a - кут нахилу функції в точці qкр, що відповідає показнику поглинання середовища c2. Для поглинаючих середовищ показник залом) лення n 2 є комплексною величиною і виражається формулою: ) n 2 = n 2 - jc 2 . Показники заломлення та поглинання можуть бути визначаються з формул: n 2 = n 1 sin q кр , k , tga де n1 - показник заломлення високозаломлювального елемента; k - коефіцієнт пропорційності, який залежить від кількості відбиттів в високозаломлювальному елементі. c2 = Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3