[發明專利]聚焦全內反射法測量物質折射率分布

有效

• 申請號: 201210062142.1
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN102590142A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 葉青;孫騰騫;王槿;鄧志超;張春平;田建國
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種物質折射率的測定方法，特別涉及一種基于全內反射利用會聚光測量物質折射率分布的方法。

背景技術

目前，用于測量物質折射率的方法有很多，如自然準直法、最小偏向角法、V型棱鏡法等，這些方法都建立在折射反射定律基礎之上，各具特點，各有優勢。但是，這些方法都只用于測量均勻物質的折射率性質。然而，實際物質的組成往往是復雜的、非均勻的。對于這些物質，現有的方法很難測量它們的折射率。此外，對于待測的物質，現有的方法僅僅能夠得到唯一的一個折射率的數值。到目前為止，還沒有一種方法能夠實現復雜組分的物質的折射率的測量，并描述出物質的折射率的分布。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠測量復雜的、非均勻物質的折射率，并能夠描述物質的折射率分布的方法。

為實現上述目的，本發明的步驟如下：

第一步，使用柱面鏡將光源的出射光線會聚，并聚焦在折射率已知的棱鏡和待測物質的接觸面的一條水平直線上，使用面陣光電耦合器件測量反射光強分布，使用計算機采集數據，同一橫坐標的一系列數據對應不同角度的入射光在樣品同一點上的反射光強，屏蔽光源，由此得到環境背底和噪聲的分布并存儲；

第二步，取消對光源的屏蔽，以折射率已知的空氣作為樣品，重復上一測量、采集過程，得到空氣的反射光強分布并存儲。

第三步、測量待測樣品樣品，重復第一步測量、采集過程，得到待測樣品的反射光強分布并存儲。

第四步，分別使用第一步和第二步得到的光強分布減去第三步得到的光強分布，得到除去背底和噪聲的空氣反射光強分布和待測物品的反射光強分布，使用待測物品的反射光強分布作分子，使用以空氣作為樣品的反射光強分布作分母，逐點相除，得到待測樣品的反射率分布。

第五步，由第四步得到的待測樣品反射率分布數據，其同一橫坐標對應的一系列數據表示一系列不同角度的入射光在樣品同一點上的反射率分布，對同一橫坐標的數據進行求導，其導數的最大值的位置所對應的入射光的角度即是該點發生全內反射的臨界角，依次對其它同一橫坐標的反射率分布重復這一過程，得到當前一條直線上所有點發生全內反射的臨界角，通過臨界角對應的坐標位置和折射率的關系，進而得到每一個點的折射率的值。

第六步，改變升降臺的高度，從而改變會聚光聚焦在樣品上的位置，重復第五步過程，得到待測樣品不同高度每一條直線上的折射率分布，進而得到待測物質的二維折射率分布。

所述的光源為非相干光，所述的棱鏡的位置是固定的。

附圖說明

圖1是光路俯視圖。

圖2是光路平視圖。

圖3是以空氣作為樣品的反射光強分布示意圖。

圖4是以水作為樣品的反射光強分布示意圖。

圖5是以水作為樣品的反射率分布示意圖。

圖6是以水作為樣品樣品的反射率分布導數示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明一下具體的實施方法：

圖1是使用本方法的光路俯視圖，圖中，1是光源，其出射光為非相干光，這樣可以避免干涉條紋的出現；2是柱面鏡；3是棱鏡；4是樣品；5是面陣電荷耦合器件；6是計算機，采集、處理數據。圖2是使用本方法的光路平視圖，圖中，7是光源；8是柱面鏡；9是棱鏡；10是面陣電荷耦合器件；11是計算機。

本方法的具體實施步驟如下：

第一步，如圖1所示，使用柱面鏡2將光源1的出射光線會聚，并聚焦在折射率已知的棱鏡3和待測物質4的接觸面的一條水平直線上，使用面陣光電耦合器件5測量反射光強分布，使用計算機6采集數據，同一橫坐標的一系列數據對應不同角度的入射光在樣品同一點上的反射光強，屏蔽光源，由此得到環境背底和噪聲的分布并存儲；

第二步，取消對光源的屏蔽，以折射率已知的空氣作為樣品，重復上一測量、采集過程，得到空氣的反射光強分布并存儲。圖3為以空氣作為樣品的反射光強分布示意圖。

第三步、測量待測樣品樣品，重復第一步測量、采集過程，得到待測樣品的反射光強分布并存儲。圖4為以水作為樣品在某一點上的反射光強分布示意圖。

第四步，分別使用第一步和第二步得到的光強分布減去第三步得到的光強分布，得到除去背底和噪聲的空氣反射光強分布和待測物品的反射光強分布，使用待測物品的反射光強分布作分子，使用以空氣作為樣品的反射光強分布作分母，逐點相除，得到待測樣品的反射率分布。圖5為以水作為樣品在某一點上的反射率分布示意圖。