Оптический интерферометр

Настоящее предложение относится к разделу измерительной техники, точнее к устройствам, предназначенным для определения показателя преломления прозрачных жидкостей.

Технический результат заявляемой полезной модели выражается в расширении арсенала технических средств для измерения показателя преломления прозрачных жидкостей. Он достигается тем, что в оптическом интерферометре, содержащем монохроматический источник, испускающий узкий световой луч, тонкое полупрозрачное зеркало, развернутое под углом 45° к световому лучу, два зеркала, установленные на одинаковом расстоянии от полупрозрачного зеркала, развернутые под углом 90° относительно друг друга и детектор отраженных лучей, между полупрозрачным зеркалом и зеркалом одного из оптических каналов введена стеклянная кювета в форме цилиндрической трубки, заполненная прозрачной эталонной жидкостью с известным показателем преломления n _t, геометрическая ось которой совпадает с оптической осью канала, кювета закреплена в кюветодержателе с набором кювет, заполненных прозрачной жидкостью с различными показателями преломления, кюветодержатель снабжен механизмом смены кювет револьверного типа, кроме того, в качестве источника света используется лазер малой мощности с длиной волны , а детектор отраженных лучей снабжен ПЗС-матрицей, соединенной через аналого-цифровой преобразователь с электрической схемой геометрической обработки сигнала, определяющей интерференционный сдвиг волны , вызванный замедлением скорости светового луча в жидкой среде, подключенной к микропроцессору, определяющему показатель преломления исследуемых жидкостей по формуле , где _x - интерференционный сдвиг волны исследуемой жидкости, а _t - интерференционный сдвиг волны эталонной жидкости.

Настоящее предложение относится к разделу измерительной техники, точнее к устройствам, предназначенным для определения показателя преломления прозрачных жидкостей.

Известен оптический интерферометр Фабри-Перо, который содержит две плоскопараллельные кварцевые пластины с внутренним зеркальным покрытием с высоким коэффициентом отражения. С внешней стороны пластин установлены два объектива. Параллельный пучок света, направляемый одним из объективов, в результате многократного отражения от зеркал приводит к образованию интерференционной картины в фокальной плоскости второго объектива (Физический энциклопедический словарь. - М.: Сов. Энциклопедия, 1983. - С.226.[1]) Интерферометр Фабри-Перо используется для исследования спектров в видимой и ИК диапазонах длин волн.

Наиболее близким конструктивным решением к заявляемому объекту являются оптический интерферометр Майкельсона, содержащий монохроматический источник, генерирующий узкий световой луч, тонкое полупрозрачное зеркало, развернутое под углом 45° к световому лучу, два зеркала, установленные на одинаковом расстоянии от полупрозрачного зеркала, развернутые под углом 90° относительно друг друга и детектор отраженных лучей (Мардер Л. Парадокс часов,- М.: Мир, 1974, С.33 [2]). Оптический интерферометр [2] и было выбрано в качестве прототипа.

Оптический интерферометр [2] обладает высокой измерительной точностью, однако его конструкция не обеспечивает возможности определения показателя преломления прозрачных жидкостей.

Целью нашей работы было создание оптического прибора для определения показателя преломления прозрачных жидкостей интерферометрическим методом.

Технический результат заявляемой полезной модели выражается в расширении арсенала технических средств для измерения показателя преломления прозрачных жидкостей. Он достигается тем, что в оптическом интерферометре, содержащем монохроматический источник, испускающий узкий световой луч, тонкое полупрозрачное зеркало, развернутое под углом 45° к световому лучу, два зеркала, установленные на одинаковом расстоянии от полупрозрачного зеркала, развернутые под углом 90° относительно друг друга и детектор отраженных лучей, между полупрозрачным зеркалом и зеркалом одного из оптических каналов введена стеклянная кювета в форме цилиндрической трубки, заполненная прозрачной эталонной жидкостью с известным показателем преломления n _t, геометрическая ось которой совпадает с оптической осью канала, кювета закреплена в кюветодержателе с набором кювет, заполненных прозрачной жидкостью с различными показателями.. преломления, кюветодержатель снабжен механизмом смены кювет револьверного типа, кроме того, в качестве источника света используется лазер малой мощности с длиной волны , а детектор отраженных лучей снабжен ПЗС-матрицей, соединенной через аналого-цифровой преобразователь с электрической схемой геометрической обработки сигнала, определяющей интерференционный сдвиг волны ,, вызванный замедлением скорости светового луча в жидкой среде, подключенной к микропроцессору, определяющему показатель преломления исследуемых жидкостей по формуле , где _x - интерференционный сдвиг волны исследуемой жидкости, а _t - интерференционный сдвиг волны эталонной жидкости.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что конструкция предлагаемого устройства неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

На прилагаемом чертеже схематично показана конструкция заявляемого устройства.

Оптический интерферометр содержат монохроматический источник S, испускающий узкий световой луч c₁, в качестве которого используется лазер малой мощности, излучающий, например в зеленой области спектра. Луч света c₁ от источника S попадает на тонкое полупрозрачное зеркало M₁, установленное под углом в 45° к лучу, идущему от источника S. Зеркалом M₁ луч света c ₁ разделяется на два луча,c₂ и c₃ .

Луч света c₂ идет по направлению к зеркалу M₂ и отразившись от него проходит зеркало M₁ и попадает в объектив детектора D. Другой луч света c₃ попадает на зеркало M₃ и отразившись от него возвращается обратно и перенаправляется зеркалом M ₁ в объектив детектора D. Зеркала M₂ и M ₃ находятся на одинаковом расстоянии от полупрозрачного зеркала M₁ и развернуты относительно друг друга на 90°. На пути светового луча c₃ установлена стеклянная кювета 1, имеющая форму цилиндрической трубки с герметическим корпусом, заполненным прозрачной жидкостью 2 с известным показателем преломления n_t (эталонная жидкость). Основание кюветы 1 закреплено в кюветодержателе 3, имеющего форму диска, содержащем набор стеклянных кювет, заполненных прозрачной жидкостью с различными показателями преломления. Кюветодержатель 3 имеет механизм револьверного типа с пружинным фиксатором (на фиг. не показан), предназначенный для смены кювет. Смена кювет осуществляется путем вращения кюветодержателя 3 вокруг оси i. В рабочем положении геометрическая ось кюветы 1 совпадает с осью оптического канала, через которую проходит световой луч c₃.

В фокальной плоскости объектива детектора D установлена ПЗС-матрица 4, соединенная через аналого-цифровой преобразователь 5 с электрической схемой 6 обработки сигнала, которая подключена к микропроцессору 7, решающему задачу

где n_x - показатель преломления исследуемой жидкости, n_t - показатель преломления эталонной жидкости, _x - интерференционный сдвиг волны исследуемой жидкости, а _t - интерференционный сдвиг волны эталонной жидкости.

Результирующее значение n_x выводится на цифровое табло 8.

Электрическая схема 6 обработки сигнала автоматически определяет значение величины , а микропроцессор 7 находит искомую величину n_x , согласно формуле (1), которая отображается на цифровом табло 8.

Предлагаемое измерительное устройство может найти широкое применение в различных областях науки и техники, например в медицине.

Оптический интерферометр, содержащий монохроматический источник, испускающий узкий световой луч, тонкое полупрозрачное зеркало, развернутое под углом 45° к световому лучу, два зеркала, установленные на одинаковом расстоянии от полупрозрачного зеркала, развернутые под углом 90° относительно друг друга, и детектор отраженных лучей, отличающийся тем, что между полупрозрачным зеркалом и зеркалом одного из оптических каналов введена стеклянная кювета в форме цилиндрической трубки, заполненная прозрачной эталонной жидкостью с известным показателем преломления n _t, геометрическая ось кюветы совпадает с оптической осью канала, кювета закреплена в кюветодержателе с набором кювет, заполненных прозрачной жидкостью с различными показателями преломления, кюветодержатель снабжен механизмом смены кювет револьверного типа, кроме того, в качестве источника света используется лазер малой мощности с длиной волны , а детектор отраженных лучей снабжен ПЗС-матрицей, соединенной через аналого-цифровой преобразователь с электрической схемой геометрической обработки сигнала, определяющей интерференционный сдвиг волны , вызванный замедлением скорости светового луча в жидкой среде, подключенной к микропроцессору, определяющему показатель преломления исследуемых жидкостей по формуле , где _x - интерференционный сдвиг волны исследуемой жидкости, a _t - интерференционный сдвиг волны эталонной жидкости.