Устройство для измерения показателя преломления жидкостей

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов НАН Беларуси(72) Автор Томов Александр Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов НАН Беларуси(57) Устройство для измерения показателя преломления жидкостей, включающее в себя установленные последовательно источник монохроматического излучения, систему формирования светового пучка, призму из высокопреломляющего материала, механизм прижима и блок измерения угла выхода излучения из призмы, отличающееся тем, что в него дополнительно введена полированная плоскопараллельная пластина из прозрачного материала, показатель преломления которого меньше показателя преломления материала призмы, закрепленная на конце штока механизма прижима параллельно основанию призмы. 26672006.04.30 Полезная модель относится к оптическим измерительным устройствам, в частности к устройствам, измеряющим показатель преломления жидкостей. Известен рефрактометр Аббе-Пульриха, содержащий две стеклянные призмы с высоким показателем преломления, источник света и устройство измерения углов выхода световых лучей из призмы 1. Измерение показателя преломления жидкостей этим прибором основано на использовании явления полного внутреннего отражения света, которое происходит на границе между стеклом призмы с известным показателем преломления и жидкостью, нанесенной на основание призмы. При этом показатель преломления материала призмы должен превышать показатель преломления жидкости для длины волны используемого света. Основным недостатком описанного рефрактометра является погрешность,возникающая при визуальном определении положения (визировании) границы светтень, указывающей на начало полного внутреннего отражения света. Такой рефрактометр обеспечивает определение показателя преломления с погрешностью порядка 110-3. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для измерения параметров тонких пленок (тонкопленочных волноводов), включающее в себя расположенные последовательно источник монохроматического излучения, систему формирования светового пучка, призму из высокопреломляющего материала, механизм прижима нанесенных на подложку исследуемых тонких пленок к призме и блок измерения угла выхода излучения из образца, предназначенный для определения положения темных -линий 2. Эти линии возникают при возбуждении в тонкопленочном волноводе световой волны, обусловленном эффектом оптического туннелирования, вызванного нарушением полного внутреннего отражения. Такое устройство позволяет определить показатель преломления материала твердых тонких пленок с высокой точностью (не хуже 110-4) в первую очередь из-за того, что природа возникновения -линий носит резонансный характер, обуславливающий их малую угловую ширину, и, как следствие, возможность их более точного визирования. К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность измерения показателя преломления жидкостей. Технической задачей заявляемого устройства является расширение области применения устройства измерения параметров тонких пленок для исследования жидкостей, а технический результат заключается в повышении точности измерения показателя преломления жидкости. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения параметров тонких пленок, включающем в себя установленные последовательно источник монохроматического излучения, систему формирования светового пучка, призму из высокопреломляющего материала, механизм прижима и блок измерения угла выхода излучения из образца, на конце штока механизма прижима параллельно основанию призмы закреплена плоскопараллельная полированная пластина из прозрачного материала, показатель преломления которого меньше показателя преломления призмы. На фигуре представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник монохроматического излучения 1, систему формирования светового пучка 2,призму 3 из высокопреломляющего материала, полированную плоскопараллельную пластину 4 из прозрачного материала, зазор 5 между ними, механизм прижима 6 и блок 7 измерения угла выхода излучения из образца. Пластина 4 закреплена на конце штока механизма прижима 6 и может перемещаться в направлении, перпендикулярном основанию призмы 3 так, что толщина зазора 5 может изменяться. При этом перемещение пластины 4 осуществляется параллельно основанию призмы 3. Устройство работает следующим образом. Измеряемая жидкость вводится в зазор 5. Свет от источника 1 системой 2 преобразуется в практически параллельный, слегка расходящийся пучок, который проходит через призму 3 и падает изнутри на основание призмы 3, контактирующее с измеряемой жидкостью. Отраженный от основания призмы световой пучок рассматривается через зрительную трубу блока 7 при одновременном изменении 2 26672006.04.30 угла падения светового пучка на основание призмы 3 до обнаружения -линий низших порядков, после чего при помощи механизма прижима 6 производится подстройка величины зазора 5 до достижения наиболее удобных условий наблюдения и измерения углового положения -линий. Помещенная в зазор 5 жидкость образует вместе с призмой 3 и пластиной 4 так называемый волновод с вытекающими модами 3, параметры которого, в том числе и показатель преломления жидкости, рассчитываются по результатам измерений углового положения как минимум двух темных -линий низших порядков. Угловая ширина и положение -линий зависят от величины зазора, поэтому для каждой жидкости можно подобрать наиболее удобные условия их наблюдения и регистрации, изменяя величину зазора при помощи прижимного механизма 6. При этом воздушный зазор между поверхностями призмы и тонкой пленкой жидкости отсутствует вообще, что снимает проблему критичности настройки устройства. Пример конкретного исполнения. В устройстве для измерения параметров тонких пленок на базе гониометра ГС-5,включающем в себя расположенные последовательно источник монохроматического излучения с длиной волны 0,6328 мкм, систему формирования светового пучка, призму из высокопреломляющего стекла ТФ 10 (11,74957 для 0,6328 мкм) и блок измерения угла выхода излучения из образца (гониометр ГС-5), на конце штока механизма прижима параллельно основанию призмы закреплялась полированная плоскопараллельная прямоугольная пластина из стекла К 8 (21,457025 для 0,6328 мкм). Посредством вращения винта механизма прижима пластина могла перемещаться в направлении, перпендикулярном основанию призмы. Призма и механизм прижима, размещенные на одном основании, были закреплены на поворотном столике гониометра ГС-5. Угол А при основании призмы равнялся 60,688 градуса. В качестве измеряемой жидкости использовалась дистиллированная вода при температуре 20 С. Вода помещалась в зазор между основанием призмы и поверхностью стеклянной пластины. Затем угол падения светового пучка на основание призмы изменялся до появления в отраженном от основания призмы световом пучке темных -линий. После подстройки величины зазора измерялись угловые положения 0 и 1 двух -линий нулевого и первого порядка, которые оказались равными 195545 и 203235, соответственно. Полученные значения углов использовались для расчета эффективных показателей преломления 0 и 1 соответствующих мод по известной формуле 41(/ 1 ),где 0,1. В результате получили, что 01,32946 и 11,32277. Далее рассчитали показатель преломления измеряемой жидкости (дистиллированной воды) ж по формуле ж 1/3(402-12)1/2,общий вид которой приведен в 3, и получили ж 1,33168. Из результатов интерполяции данных справочника 5 следует, что значение показателя преломления дистиллированной воды при температуре 20 С находится в интервале 1,33165-1,33170. Таким образом, полученное при помощи заявляемого устройства значение показателя преломления дистиллированной воды соответствует истинному с погрешностью не хуже 110-4. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.