[發明專利]基于光譜干涉的微量液體折射率測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201410197332.3
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103983610A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 劉建華;張克;陶李;程文凱;陳忠平
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于光學材料測量技術領域，具體涉及一種微量液體材料的折射率測量裝置和方法。

背景技術

液體材料的折射率是一個重要的參數,?如對水中的糖濃度準確測量,就可以通過對其折射率的測量來實現。這方面的研究,?也有一些方法提出,?如阿貝折射儀。雖然,?阿貝折射儀的測量界面只有0.1到0.15mm的厚度,?由于測量面積較大,?通常有1cm²,?因此要完成測量,阿貝折射儀所需要用的待測液體的量還是偏多。為此,?我們通過設計可調容積樣品池,?可以把測量用量進一步減少。同時,?采用光譜干涉測量法,?系統可小型化,?并且測量速度快。

發明內容

本發明的目的在于提供一種只需微量樣品即可進行液體折射率測量裝置和方法。

本發明提供的測量液體折射率的方法和裝置，是基于光譜干涉法。

本發明提供的測量裝置，包括一低相干度光源1，Michelson?干涉系統，三維樣品臺4，厚度和大小可調樣品池前后腔片5和６，聚焦透鏡7，耦合光纖8，光譜儀9，計算機10；Michelson?干涉系統由非偏振分光棱鏡2、參考臂反射鏡3和樣品池組成；其中，低相干度光源1、非偏振分光棱鏡2、?參考臂反射鏡3、聚焦透鏡7分別固定在工作臺面上,?相對獨立；三維樣品臺4、耦合光纖8直接與光譜儀9連接，光譜儀9與計算機10通過數據總線連接以進行數據傳輸。

本發明中，樣品池可以調節到很薄的厚度(幾十個微米),?因而該測量裝置只需要微量樣品即可完成測量。

本發明中，所述低相干度光源1可以采用白光LED，或采用可見及近紅外寬帶激光二極管(LD)。

本發明中，所述樣品池容積(厚度和大小均)可調，樣品池由兩塊透明固體材料構成，?兩塊腔片分別固定于三維調節座上，后一塊可沿光束軸向前后移動以控制樣品池厚度。與此同時，腔體由兩腔片的相對重合面積決定，相對重合面可調。

本發明中，所述樣品池的前后腔片材料，其內表面可以不鍍膜，或鍍反射率小于50%的增反膜。

本發明中，所述樣品池的材料,?其折射率可選1.4-1.7的固體透明材料,?如玻璃或晶體材料。

本發明中，所述聚光透鏡7?可以采用消色差透鏡。

本發明中，所述耦合光纖8可以采用單模光纖。

本發明中，所述譜儀9可采用可見-近紅外波段光譜測量儀。

本發明提出的測量光學材料厚度和折射率的方法，具體步驟為：

先將樣品池容積調至適當大小(如厚度30微米,?重合面積5×5mm²)，使光束垂直入射樣品池前后表面，測量參考臂和樣品臂的干涉光譜，得出空樣品池的厚度(光程)?Δ₁。然后再將微量待測液體滴入樣品池隙口，使液體由虹吸進入池內。測量干涉光譜，對光譜進行Fourier變換，可得到樣品池加入待測量液體后的光程Δ₂?。設空氣的折射率為1.0。則待測量液體樣品的群折射率?n_g=Δ₂/Δ₁。

本發明優點：

1、測量速度快:?本發明基于頻域光譜測量系統,?測量中不需要機械掃描,因而測量速度快。

2.?樣品池容積可調：池腔厚度和面積均可調，可以有效控制樣品用量在500微克以下。

3.?系統簡單,?系統只有參考臂有反射鏡,?沒有樣品臂的反射鏡。

4.?易進行波段拓展。本發明光源可采用不同波段的LED或半導體激光器,?因而可以進行不同波段的參數測量。

附圖說明

圖1為測量裝置圖示。

圖中標號：1為低相干度光源，?2為非偏振分光棱鏡，3為參考臂反射鏡，?4為三維樣品臺，5為樣品池前腔片，6為樣品池后腔片，7為聚焦透鏡，8為耦合光纖，9為光譜儀，10為計算機。

圖2?為可調樣品池示意圖。其中，?(a)?側視圖,?(b)正視圖。

圖3為空池時兩臂的干涉光譜及其Fourier變換圖。

圖4為加入樣品兩臂的干涉光譜及其Fourier變換圖。

圖5為樣品池加入待測樣品前后的光程對比。

具體實施方式

下面以去離子水為樣品測量其折射率。

光源為一半導體GaAs激光器,?工作于亞閾值下,?在可見光633-688nm波段。

樣品池由兩片鍍有ITO?的玻璃構成,?ITO表面反射率約為5%。