基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置和測(cè)量方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)屬于光學(xué)材料測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置和測(cè)量方法。本發(fā)明專利技術(shù)測(cè)量裝置包括：一低相干度光源、Michelson干涉系統(tǒng),二維樣品臺(tái)，容積可調(diào)樣品池、聚焦透鏡、耦合光纖、光譜儀和計(jì)算機(jī)；測(cè)量時(shí),先將樣品池容積(面積和厚度)調(diào)至適當(dāng),測(cè)量參考臂和樣品臂的干涉光譜,得出空樣品池的厚度；然后再將微量待測(cè)液體滴入樣品池隙口,并使光束垂直入射樣品池表面,測(cè)量干涉光譜,并得到對(duì)光譜進(jìn)行Fourier變換，可得到待測(cè)量液體樣品的群折射率。本發(fā)明專利技術(shù)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量方法操作簡(jiǎn)便，測(cè)量精度高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于光學(xué)材料測(cè)量
，具體涉及一種微量液體材料的折射率測(cè)量裝置和方法。
技術(shù)介紹
液體材料的折射率是一個(gè)重要的參數(shù),?如對(duì)水中的糖濃度準(zhǔn)確測(cè)量,就可以通過(guò)對(duì)其折射率的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(cè)量界面只有0.1到0.15mm的厚度,?由于測(cè)量面積較大,?通常有1cm2,?因此要完成測(cè)量,阿貝折射儀所需要用的待測(cè)液體的量還是偏多。為此,?我們通過(guò)設(shè)計(jì)可調(diào)容積樣品池,?可以把測(cè)量用量進(jìn)一步減少。同時(shí),?采用光譜干涉測(cè)量法,?系統(tǒng)可小型化,?并且測(cè)量速度快。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種只需微量樣品即可進(jìn)行液體折射率測(cè)量裝置和方法。 本專利技術(shù)提供的測(cè)量液體折射率的方法和裝置，是基于光譜干涉法。 本專利技術(shù)提供的測(cè)量裝置，包括一低相干度光源1，Michelson?干涉系統(tǒng)，三維樣品臺(tái)4，厚度和大小可調(diào)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(jì)算機(jī)10；Michelson?干涉系統(tǒng)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(tái)面上,?相對(duì)獨(dú)立；三維樣品臺(tái)4、耦合光纖8直接與光譜儀9連接，光譜儀9與計(jì)算機(jī)10通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 本專利技術(shù)中，樣品池可以調(diào)節(jié)到很薄的厚度(幾十個(gè)微米),?因而該測(cè)量裝置只需要微量樣品即可完成測(cè)量。 本專利技術(shù)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)。 本專利技術(shù)中，所述樣品池容積(厚度和大小均)可調(diào)，樣品池由兩塊透明固體材料構(gòu)成，?兩塊腔片分別固定于三維調(diào)節(jié)座上，后一塊可沿光束軸向前后移動(dòng)以控制樣品池厚度。與此同時(shí)，腔體由兩腔片的相對(duì)重合面積決定，相對(duì)重合面可調(diào)。 本專利技術(shù)中，所述樣品池的前后腔片材料，其內(nèi)表面可以不鍍膜，或鍍反射率小于50%的增反膜。 本專利技術(shù)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。 本專利技術(shù)中，所述聚光透鏡7?可以采用消色差透鏡。 本專利技術(shù)中，所述耦合光纖8可以采用單模光纖。 本專利技術(shù)中，所述譜儀9可采用可見-近紅外波段光譜測(cè)量?jī)x。 本專利技術(shù)提出的測(cè)量光學(xué)材料厚度和折射率的方法，具體步驟為： 先將樣品池容積調(diào)至適當(dāng)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(cè)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(cè)液體滴入樣品池隙口，使液體由虹吸進(jìn)入池內(nèi)。測(cè)量干涉光譜，對(duì)光譜進(jìn)行Fourier變換，可得到樣品池加入待測(cè)量液體后的光程Δ2?。設(shè)空氣的折射率為1.0。則待測(cè)量液體樣品的群折射率?ng=Δ2/Δ1。 本專利技術(shù)優(yōu)點(diǎn)： 1、測(cè)量速度快:?本專利技術(shù)基于頻域光譜測(cè)量系統(tǒng),?測(cè)量中不需要機(jī)械掃描,因而測(cè)量速度快。 2.?樣品池容積可調(diào)：池腔厚度和面積均可調(diào)，可以有效控制樣品用量在500微克以下。 3.?系統(tǒng)簡(jiǎn)單,?系統(tǒng)只有參考臂有反射鏡,?沒(méi)有樣品臂的反射鏡。 4.?易進(jìn)行波段拓展。本專利技術(shù)光源可采用不同波段的LED或半導(dǎo)體激光器,?因而可以進(jìn)行不同波段的參數(shù)測(cè)量。 附圖說(shuō)明 圖1為測(cè)量裝置圖示。 圖中標(biāo)號(hào)：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(tái)，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(jì)算機(jī)。 圖2?為可調(diào)樣品池示意圖。其中，?(a)?側(cè)視圖,?(b)正視圖。 圖3為空池時(shí)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(cè)樣品前后的光程對(duì)比。 具體實(shí)施方式 下面以去離子水為樣品測(cè)量其折射率。 光源為一半導(dǎo)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(gòu)成,?ITO表面反射率約為5%。 測(cè)量前先調(diào)節(jié)兩ITO?玻璃,?使其表面重合面積約5×5mm2,?且使之垂直于入射光束,?測(cè)量?jī)杀鄣母缮婀庾V如圖3(a)所示；從干涉譜的Fourier變換圖3(b)中,?Δ1=34.4±0.3?μm。 然后,?用注射器抽取少量去離子水,?推出一滴,?附在樣品池的隙口處,讓水自動(dòng)滲入池內(nèi)。注意液膜面積應(yīng)大于光斑面積。此時(shí),?測(cè)量?jī)杀鄣母缮婀庾V,?并作Fourier變換,?如圖4所示。 圖5為將圖3(b)?和圖4(b)放在一張圖內(nèi)的樣品加入池內(nèi)前后的光程變化對(duì)比。 從圖4(b)中讀出此時(shí)樣品池的光程?Δ2=45.7±0.8μm。 于是,?樣品的折射率即為:?ng=Δ2/Δ1?=1.3305。 上述結(jié)果采用空氣折射率為1.0的假設(shè)。另外,上述折射率結(jié)果是群折射率結(jié)果,?即為峰值為658nm?帶寬為10nm?的光波的平均折射率。 上述結(jié)果與水的折射率1.3325的相對(duì)誤差為0.001?？梢姳緦＠夹g(shù)的方法是可行的。 測(cè)量中,?光束直徑約2mm，?以30μm池厚而言,?體積為V=5×5mm2×30μm=750×10-6cm3，?以水的比重取1.0g/?cm3?計(jì)算,?可得所需要樣品的量約為:750微克。 測(cè)量中所需的池腔面積還可以近一步縮小,?實(shí)際樣品用量可小于500微克。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于：包括一低相干度光源(1)，Michelson?干涉系統(tǒng)，二維樣品臺(tái)(4)，容積可調(diào)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(jì)算機(jī)(10)；Michelson?干涉系統(tǒng)由非偏振分光棱鏡(2)、參考臂反射鏡(3)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(tái)面上,?相對(duì)獨(dú)立；二維樣品臺(tái)耦合光纖(8)直接與光譜儀(9)連接，光譜儀(9)與計(jì)算機(jī)(10)通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

【技術(shù)特征摘要】
1.?一種基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于：包括一低相干度光源(1)，Michelson?干涉系統(tǒng)，二維樣品臺(tái)(4)，容積可調(diào)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(jì)算機(jī)(10)；Michelson?干涉系統(tǒng)由非偏振分光棱鏡(2)、參考臂反射鏡(3)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(tái)面上,?相對(duì)獨(dú)立；二維樣品臺(tái)耦合光纖(8)直接與光譜儀(9)連接，光譜儀(9)與計(jì)算機(jī)(10)通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于：所述低相干度光源(1)為白光LED，或?yàn)榭梢娂敖t外寬帶激光二極管。
3.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于：所樣述品池由兩塊透明固體材料構(gòu)成，兩塊腔片分別固定于三維調(diào)節(jié)座上，后一塊可沿光束軸向前后移動(dòng)以控制樣品池厚度；與此同時(shí)，?腔體由兩腔片的相對(duì)重合面積決定。
4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光譜干涉的微量液體折射率測(cè)量裝置，其特征在于：...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉建華，張克，陶李，程文凱，陳忠平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：復(fù)旦大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31