[發明專利]一種液體折射率測量方法

有效

• 申請號: 201811654139.2
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109709072B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 牛海莎;祝連慶;何巍;宋言明;董明利;婁小平;劉鋒
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

本發明屬于光學測量系統領域，公開一種液體折射率測量方法，包括如下步驟：1）首先建立單光路雙重外腔激光回饋效應的理論模型，并分析折射率在設定范圍內的雙重外腔回饋激光功率調諧曲線；2）搭建單光源雙外腔回饋系統，再將一束激光同時入射液體表面和液體底部，并使液體外表面和液體底部的反射光沿原路返回激光諧振腔，構成單光源雙外腔回饋系統；3）當入射液體表面升高時，液面高度變化和液面底部光程變化引起的自混合干涉信號疊加在激光器的光強調諧曲線上，通過解調波動曲線頻率以獲得待測液體的折射率。具有結構簡單易調諧、精度高、測量范圍大、可溯源等優點。

技術領域

本發明屬于光學測量系統領域，具體涉及一種液體折射率測量方法。

背景技術

折射率作為液體最重要的光學參數之一，在濃度、純度鑒定，醫藥，化工等領域都具有重要的應用。隨著現代科技的發展，新材料不斷研制成功，對折射率的測量精度和測量范圍都提出了更高的要求。目前折射率測量技術主要基于折射定律和干涉法兩大類。基于折射定理的測量方法包括最小偏小角法、V棱鏡法、全反射法等，其中最小偏向角法精度最高，原理是通過測量光線從棱鏡出射后的最小偏向角獲得折射率，精度可以達到目前折射率測量國家標準為10^-6；但是，該方法需要將待測樣品加工成精密棱鏡，難度較大且不適用于液體折射率測量。V棱鏡法和全反射法分別通過測量出射光線的偏折角或全反射的臨界角得折射率大小，待測樣品可為固體和液體，應用較為廣泛。但是受限于測量機理，這兩種方法可測試的折射率范圍僅為1.3-1.7，無法滿足大折射率新材料的發展需求。

采用干涉儀同時測量光程nL和幾何長度L的變化，根據其比值得到折射率n的大小是干涉法的基本思路。對于液體折射率，現有文獻中是通過邁克爾遜干涉儀記錄浸泡在液體中的鏡子的光程變化，并通過電脈沖方式獲得鏡子的位移，從而得到液體的折射率。鏡子位移變化和光程變化分別依靠電學方法和光學方法獲得，因此精度較低，且測量結果不可溯源。徐玲等提出通過兩個準共路式激光回饋干涉儀，同時以液體底部和液體表面作為外部反射面，測量液面升高時底部的光程變化和表面高度變化,并根據比例關系獲得液體折射率的大小。這種方法精度雖高，但光路復雜調諧難度大，并且由于采用了兩路干涉儀，兩個光源的波長不完全同步，離真正可溯源測量還有技術需要改進。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，以單光路雙重外腔激光回饋效應為基礎，提供一種基于單光路雙重外腔激光回饋效應的液體折射率測量方法。該方法具有結構簡單易調諧、精度高、測量范圍大、可溯源等優點，為液體折射率測量提供了一種全新的思路，具有廣闊的應用前景。

首先建立了單光路雙重外腔激光回饋效應的理論模型，并分析了折射率在1.11-1.88范圍內的雙重外腔回饋激光功率調諧曲線，以自來水為樣品搭建了單光路雙外腔回饋液體折射率測量系統，實驗結果曲線與理論取得良好一致。為液體折射率測量提供了一種全新的思路，具有廣闊的應用前景。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案是：

一種基于單光路雙重外腔激光回饋效應的液體折射率測量方法，其特征在于，包括如下步驟：1)首先建立單光路雙重外腔激光回饋效應的理論模型，并分析折射率在設定范圍內的雙重外腔回饋激光功率調諧曲線；2)搭建單光源雙外腔回饋系統，再將一束激光同時入射液體表面和液體底部，并使液體外表面和液體底部的反射光沿原路返回激光諧振腔，構成單光源雙外腔回饋系統；3)當入射液體表面升高時，液面高度變化和液面底部光程變化引起的自混合干涉信號疊加在激光器的光強調諧曲線上，通過解調波動曲線頻率以獲得待測液體的折射率。