интерферометр (варианты)

Формула изобретения

1. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия упомянутое отражающее зеркало, периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенную позади отражающего зеркала, и спектроанализатор, отличающийся тем, что клиновидный элемент выполнен в виде кюветы, заполненной жидкостью или газом, при этом угол между противоположными гранями кюветы, на которых расположены соответственно тонкий пропускающий слой и отражающее покрытие, задан из соотношения sin=/2dn, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, n- показатель преломления жидкости или газа, заполняющего кювету.

2. Интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волы и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия упомянутое отражающее зеркало, периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенную позади отражающего зеркала, и спектроанализатор, отличающийся тем, что клиновидный элемент выполнен в виде кюветы, через которую протекают жидкость или газ, при этом угол между противоположными гранями кюветы, на которых расположены соответственно тонкий пропускающий слой и отражающее покрытие, задан из соотношения sin=/2dn, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, n - показатель преломления жидкости или газа, протекающего через кювету.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области измерения оптических характеристик веществ и могут быть использованы для измерения показателя преломления жидкости или газа.

Классическим устройством для измерения показателя преломления газа является интерферометр Жамена, выполненный в виде двух плоскопараллельных пластин одинаковой толщины. При этом на одну из поверхностей каждой пластины нанесено зеркальное покрытие, а между упомянутыми пластинами расположены газовые кюветы (Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973, с.285-286).

Данный интерферометр обладает высокой точностью измерения показателя преломления газа, находящегося в кюветах.

К его недостаткам следует отнести сложность измерения абсолютного значения показателя преломления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является интерферометр, содержащий оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия упомянутое отражающее зеркало, периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенную позади отражающего зеркала, и спектроанализатор [патент РФ 2189017, по МКИ 7 G 01 J 3/00, G 01 В 9/02, G 01 R 23/17, опубл. 10.09.2002 (прототип)]. При этом клиновидный элемент выполнен в виде воздушного клина или в виде оптического клина из оптически прозрачного материала.

К его недостаткам следует отнести сложность измерения показателя преломления жидкости или газа.

Задачей изобретения является измерение абсолютного значения показателя преломления жидкости или газа, в том числе и в потоке.

Кроме того, один из предлагаемых интерферометров позволяет одновременно с измерением показателя преломления жидкости или газа в потоке измерять скорость упомянутого потока жидкости или газа.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что в интерферометре, содержащем оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия упомянутое отражающее зеркало, периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенную позади отражающего зеркала, и спектроанализатор, упомянутый клиновидный элемент выполнен в виде жидкостной или газовой кюветы, при этом угол между противоположными гранями упомянутой кюветы, на которых расположены, соответственно, упомянутые тонкий частично пропускающий слой и отражающее зеркало, задан из соотношения sin = /2dn, где - длина световой волны; d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, n - показатель преломления жидкости или газа, заполняющего кювету.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлена схема интерферометра.

Интерферометр содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой 3 толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента 4, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия отражающее зеркало 2, периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, расположенную позади отражающего зеркала 2, и спектроанализатор 7. Клиновидный элемент 4 выполнен в виде жидкостной или газовой кюветы 8, при этом угол между противоположными гранями кюветы 8, на которых расположены, соответственно, тонкий частично пропускающий слой 3 и отражающее зеркало 2, задан из соотношения sin = /2dn, где - длина световой волны; d - период интерференционных полос 9, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое 3 при воздействии стоячей световой волны, n - показатель преломления жидкости или газа, заполняющего кювету 8. Заполнение и опорожнение кюветы 8 жидкостью или газом осуществляется посредством запорных кранов 10 и 11. Отражающее зеркало 2 выполнено в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. На периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, спроецировано изображение системы интерференционных полос 9. Периодическая система 5, содержащая фотоэлементы 6, выполнена в виде линейки или матрицы приборов с зарядовой связью.

Интерферометр работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 3. За счет того, что тонкий частично пропускающий слой 3 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос 9, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения sin =/2dn, где - длина световой волны; n - показатель преломления жидкости или газа, заполняющего кювету 8.

Изображение системы интерференционных полос 9 проецируется через частично пропускающее световое излучение отражающее зеркало 2 на периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение системы интерференционных полос 9 на упомянутую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6 в периодической системе 5. Записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 7 и находят период d интерференционных полос 9. Затем, зная угол между противоположными гранями кюветы 8 и длину световой волны, находят по формуле sin=/2dn показатель преломления n жидкости или газа.

Поставленная задача - измерение абсолютного значения показателя преломления жидкости или газа в потоке с одновременным измерением скорости упомянутого потока - может быть решена за счет того, что в интерферометре, содержащем оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия упомянутое отражающее зеркало, периодическую систему, содержащую фотоэлементы, расположенную позади отражающего зеркала, и спектроанализатор, упомянутый клиновидный элемент выполнен в виде проточной жидкостной или газовой кюветы, при этом угол между противоположными гранями упомянутой кюветы, на которых расположены, соответственно, упомянутые тонкий частично пропускающий слой и отражающее зеркало, задан из соотношения sin= /2dn, где - длина световой волны; d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, n - показатель преломления жидкости или газа, протекающего через кювету.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.2), на котором представлена схема интерферометра.

Интерферометр содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, выполненное частично пропускающим световое излучение, тонкий частично пропускающий слой 3 толщиной не более /2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположенный на одной из поверхностей клиновидного элемента 4, на второй поверхности которого расположено в виде отражающего покрытия отражающее зеркало 2, периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, расположенную позади отражающего зеркала 2, и спектроанализатор 7. Клиновидный элемент 4 выполнен в виде проточной жидкостной или газовой кюветы 8, при этом угол между противоположными гранями кюветы 8, на которых расположены, соответственно, тонкий частично пропускающий слой 3 и отражающее зеркало 2, задан из соотношения sin=/2dn, где - длина световой волны; d - период интерференционных полос 9, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое 3 при воздействии стоячей световой волны, n - показатель преломления жидкости или газа, протекающего через кювету 8. Протекание жидкости или газа через проточную кювету 8 осуществляется посредством открытия запорных кранов 10 и 11. Отражающее зеркало 2 выполнено в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. На периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, спроецировано изображение системы интерференционных полос 9. Периодическая система 5, содержащая фотоэлементы 6, выполнена в виде линейки или матрицы приборов с зарядовой связью.

Интерферометр работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 светового излучения поступает на отражающее зеркало 2, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 3. За счет того, что тонкий частично пропускающий слой 3 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос 9, регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения sin=/2dn, где - длина световой волны; n - показатель преломления жидкости или газа, протекающего через кювету 8.

Изображение системы интерференционных полос 9 проецируется через частично пропускающее световое излучение отражающее зеркало 2 на периодическую систему 5, содержащую фотоэлементы 6. Далее, спроецированное изображение системы интерференционных полос 7 на упомянутую систему 5, содержащую фотоэлементы 6, регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 6 в периодической системе 5. Записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 7 и находят период d интерференционных полос 9. Затем, зная угол между противоположными гранями кюветы 8 и длину световой волны, находят по формуле sin=/2dn показатель преломления n жидкости или газа.

Измерение скорости потока жидкости или газа в проточной кювете 8 осуществляется следующим образом. Так как на поток жидкости или газа в проточной кювете 8 воздействуют стоячей световой волной, то, за счет эффекта увлечения средой, на тонком частично пропускающем слое 3 наблюдается бегущая интерференционная картина и регистрацию разностной частоты двух когерентных световых волн (падающей на отражающее зеркало 2 и отраженной от него) осуществляют путем измерения частоты временной модуляции системы интерференционных полос 9. Для этого записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье по координате времени и в результате, после соответствующей математической обработки, находят скорость движения потока жидкости или газа в направлении распространения упомянутого светового излучения.

Предлагаемые интерферометры позволяют измерять с высокой точностью абсолютное значение показателя преломления жидкости или газа и могут найти применение, например, в качестве миниатюрных датчиков для жидкостных или газовых хроматографов.