[其他]測量樣品折射率的方法

無效

• 申請號: 85102907
• 申請日: 1985-07-16
• 公開（公告）號: CN85102907B
• 公開（公告）日: 1988-12-07
• 發明（設計）人: 冷長庚
• 申請（專利權）人: 冷長庚
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 電子工業部專利服務中心
• 代理人: 張桂霞

本發明屬于用一種折射儀測量樣品折射率的方法。特別是一種激光束自校準自補償式折射儀。它能廣泛地應用于自然科學和國民經濟各領域中，例如物理學、化學、生物學、醫學和光學工業、電子工業、石油化工工業、輕工業、商業中。

現有的折射儀，可分為兩大類。一類用目測法，讀出樣品的全反射角，根據Snell定律計算出折射率。GB2034914便是用目測法。這類儀器有活動部件，不能實時測量。另一類用光電法，測反射光強，根據Fresnel公式確定全反射角。EP71143便是用光電二極管陣列作探測器。這類儀器仍是測量角度，也不能實時測量。上述兩類儀器測量范圍較窄，對樣品要求較高，結構復雜，使用不便。

本發明的目的是，設計和制造出一種不做角度測量，無活動部件，結構簡單，測量范圍寬，對樣品要求不高，使用方便，實時測量的一種折射儀。用它來測量樣品折射率的方法。

本發明的內容是由激光器、棱鏡、探測器、電路和測量系統所構成的激光束自校準自補償式折射儀。

在本發明中，用激光器做光源，它可以是波長從紫外到紅外的氣體、固體、可調諧染料、半導體和金屬蒸氣激光器，特別是各種氣體激光器，如氦-氖、氬離子、氪離子、氮分子、二氧化碳激光器。激光束可以是單光束，也可以是多光束。為使激光束的平行度更好，也可以附加光闌、準直透鏡。

在本發明中，用棱鏡做反射體，它可以是由玻璃、晶體制作的固體棱鏡;也可以是由帶用兩個透明通光口和一個水平樣品臺的棱鏡形狀的金屬容器內盛液體所構成的液體棱鏡;也可以是氣體棱鏡，它由密封容器和高壓氣體構成。可以使用一個棱鏡，也可以使用多個棱鏡。棱鏡的形狀可以是等腰三角形、等腰梯形、多邊形。

本發明中，探測器可以是光電器件，也可以是熱電器件。

本發明中，測量系統可以是直讀儀表、數字電壓表、計算機。

附圖。圖1，“γ”形曲線;圖2，單光束自校準式折射儀;圖3，雙光束自校準自補償式折射儀。

附圖說明。

以下結合附圖對發明做進一步描述。以一非偏振的平行光束，垂直入射到一塊折射率為n₀（已知）的雙45°直角棱鏡的一個直角面上，在其弦面上密合地放置一個被測樣品，當樣品的折射率從1改變到無窮大時，從棱鏡的另一個直角面出射的反射光強將如何變化呢？

圖1是根據Snell定律

Sinφn₀＝SinXn（1）

（式中φ為入射角，X為折射角），和Fresnel公式：

（2）

（式中I₀為入射光強，I為反射光強），以某一n₀值為例，計算出的“γ”形曲線的示意圖?？v座標是反射光強與入射光強之比（%），橫座標是折射率n。曲線從n＝1開始的“平直段”表示全反射狀態，I/I₀＝100%;n增大到某一數值時全反射狀態被破壞，出現“陡降段”，到n＝n₀時降為零;n再增大時，出現“緩升段”，當n＝∞時，又回升到100%。

在滿足起始時（n＝1）為全反射狀態，即n₀＞（Sinφ）^-1的前提下，再做下列一系列計算：仍取φ＝45°，改變n₀值時，會得到一組γ形曲線，它們的平直段長度不同，降升速度不同;選定n₀值，改變φ，即改用其它形狀的棱鏡，如各種非雙45°直角棱鏡及其變形、等腰梯形棱鏡及其變形，也會得到一組γ形曲線，它們平直段長度不同，降升速度不同;選定n₀值，對任何一種形狀的按不同排列組合的多個棱鏡做多次全反射計算，也得到一組γ形曲線，與各自的一次反射曲線對比，平直段長度不變，反射次數愈多陡降段愈陡，而緩升段愈緩;選定n₀和φ值，以線偏振光做入射光，得到的曲線與非偏振時同樣的n₀和φ值的曲線相比，平直段長度不變，當電矢量垂直于入射面時（S分量），陡降段降得慢、緩升段升得快，當電矢量平行于入射面時（P分量），陡降段降得快，緩升段升得慢。

上述計算所得到的每一條γ形曲線在n方向上的三段長度，均由下列三個公式給出：

平直段長度＝n₀Sinφ^-1（3）

陡降段長度＝n₀（1-Sinφ）（4）