專利名稱：透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
折射率是材料的重要物理參數(shù)之一，并易受到材料及其所處環(huán)境物理和化學(xué)性質(zhì)變化的影響而發(fā)生改變。折射率變化的實時監(jiān)測，對于制造業(yè)、冶金、化工、生物、環(huán)保和高
精密測量等領(lǐng)域有著重要意義。目前折射率的監(jiān)測方法大多是基于現(xiàn)有折射率測量方法的改進。常用的折射率測 量方法包括測角法和干涉法等。測角法包括最小偏向角法、臨界角法、V棱鏡法等，干涉法包括邁克爾遜干涉法、瑞利干涉法等。然而，傳統(tǒng)方法的實時性、精確性和靈敏度難以滿足較高要求，或裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備成本較高；或者對被測樣品有特殊的加工要求；或是需要接觸式測量，因此應(yīng)用場合受限。另外，傳統(tǒng)監(jiān)測方法其監(jiān)測結(jié)果也無法溯源。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，確有必要提供一種精度高、靈敏度高、易于操作、且能夠溯源的折射率監(jiān)測方法和監(jiān)測裝置。一種透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其中，所述監(jiān)測裝置包括一半外腔激光器，其包括一增益管及一輸出腔鏡，所述輸出腔鏡與所述增益管間隔并沿半外腔激光器的輸出激光軸線共軸設(shè)置，形成激光諧振腔；一樣品室，所述樣品室位于所述增益管和所述輸出腔鏡之間，并與兩者間隔，所述樣品室設(shè)置于所述半外腔激光器輸出激光的光路上，且在激光光路上的側(cè)壁內(nèi)外表面均鍍有激光波長的增透膜；一穩(wěn)頻激光器，所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線與所述半外腔激光器的輸出激光軸線垂直設(shè)置；以及一信號采集與處理系統(tǒng)，所述信號采集與處理系統(tǒng)包括分光棱鏡、偏振片、光電探測器及一拍頻處理顯示系統(tǒng)，所述半外腔激光器、穩(wěn)頻激光器與所述分光棱鏡共軛設(shè)置。一種透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置監(jiān)測透明介質(zhì)折射率的方法，包括以下步驟第一步，所述半外腔激光器為連續(xù)輸出，模式為基橫模，所述半外腔激光器的輸出激光
照射到分光棱鏡，且部分被分光棱鏡反射；
第二步，調(diào)整穩(wěn)頻激光器的輸出方向，使其輸出激光照射到分光棱鏡后，部分激光直接透過分光棱鏡，與所述半外腔激光器經(jīng)過分光棱鏡后的反射光疊加；
第三步，將被監(jiān)測樣品置入所述樣品室，所述半外腔激光器與穩(wěn)頻激光器的疊加光通過偏振片混頻，由光電探測器采集拍頻信號，由拍頻處理顯示系統(tǒng)對拍頻信號進行放大、處理和顯示,記錄初始拍頻值f ;
第四步，被監(jiān)測的樣品折射率發(fā)生變化時(如變大或變小)，半外腔激光器與穩(wěn)頻激光器的拍頻值發(fā)生變化，設(shè)變化后的拍頻值為f,;
第五步，被監(jiān)測樣品的折射率η的變化由下列公式推得
權(quán)利要求
1.一種透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝置包括一半外腔激光器，其包括一增益管及一輸出腔鏡，所述輸出腔鏡與所述增益管間隔并沿半外腔激光器的輸出激光軸線共軸設(shè)置，形成激光諧振腔；一樣品室，所述樣品室位于所述增益管和所述輸出腔鏡之間，并與兩者間隔，所述樣品室設(shè)置于所述半外腔激光器輸出激光的軸線上，所述樣品室在位于半外腔激光器輸出光路上的側(cè)壁為兩個相對且平行的平面，且所述側(cè)壁內(nèi)外表面均鍍有增透膜；一穩(wěn)頻激光器，所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線與所述半外腔激光器的輸出激光軸線垂直設(shè)置；以及一信號米集與處理系統(tǒng)，所述信號米集與處理系統(tǒng)包括分光棱鏡、偏振片、光電探測器及一拍頻處理顯示系統(tǒng)，所述半外腔激光器、穩(wěn)頻激光器與所述分光棱鏡共軛設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述分光棱鏡、偏振片、光電探測器沿所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線方向依次共軸設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述分光棱鏡、偏振片、光電探測器沿所述半外腔激光器的輸出激光軸線方向依次共軸設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述分光棱鏡設(shè)置于所述半外腔激光器的出射激光軸線與所述穩(wěn)頻激光器出射激光軸線的交點上。
5.如權(quán)利要求4所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述半外腔激光器的輸出激光經(jīng)分光棱鏡反射后的激光分量，與所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光經(jīng)分光棱鏡透射后的激光分量重合。
6.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述樣品室具有一出口及入口，所述樣品室材料為物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的透明材料。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1提供的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置監(jiān)測透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測方法，包括以下步驟第一步，所述半外腔激光器為連續(xù)輸出，模式為基橫模，所述半外腔激光器的輸出激光照射到分光棱鏡，且部分被分光棱鏡反射；第二步，調(diào)整穩(wěn)頻激光器的輸出方向，使其輸出激光照射到分光棱鏡后，部分激光直接透過分光棱鏡，與所述半外腔激光器經(jīng)過分光棱鏡后的反射光疊加；第三步，將被監(jiān)測樣品通入所述樣品室，所述半外腔激光器與穩(wěn)頻激光器的疊加光通過偏振片混頻，由光電探測器采集拍頻信號，由拍頻處理顯示系統(tǒng)對拍頻信號進行放大、處理和顯示,記錄初始拍頻值f ；第四步，被監(jiān)測的樣品折射率發(fā)生變化時，半外腔激光器與穩(wěn)頻激光器的拍頻值發(fā)生變化，設(shè)變化后的拍頻值為f,;第五步，被監(jiān)測樣品的折射率的變化dn由下列公式推得 式中△為半外腔激光器的縱模間隔，h為樣品室內(nèi)部在激光軸線方向上的厚度，λ為激光波長。
8.如權(quán)利要求7所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測方法，其特征在于，所述半外腔激光器的輸出激光為單縱模。
9.如權(quán)利要求7所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測方法，其特征在于，被監(jiān)測樣品折射率發(fā)生變化時，半外腔激光器輸出頻率的變化為
10.如權(quán)利要求7所述的透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測方法，其特征在于，半外腔激光器以及穩(wěn)頻激光器輸出的激光經(jīng)分光棱鏡、偏振片混合，并照射到光電探測器后形成輸出信號，所述輸出信號經(jīng)過放大后在拍頻處理顯示系統(tǒng)上顯示出拍頻量，并計算折射率的變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種透明介質(zhì)折射率的監(jiān)測裝置，其中，所述監(jiān)測裝置包括一半外腔激光器，其包括一增益管及一輸出腔鏡，所述輸出腔鏡與所述增益管間隔并沿半外腔激光器的輸出激光軸線共軸設(shè)置，形成激光諧振腔；一樣品室，所述樣品室位于所述增益管和所述輸出腔鏡之間，并與兩者間隔；一穩(wěn)頻激光器，所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線與所述半外腔激光器的輸出激光軸線垂直設(shè)置；以及一信號采集與處理系統(tǒng)，所述信號采集與處理系統(tǒng)包括分光棱鏡、偏振片、光電探測器及一拍頻處理顯示系統(tǒng)，所述半外腔激光器、穩(wěn)頻激光器與所述分光棱鏡共軛設(shè)置。本發(fā)明進一步提供一種利用所述監(jiān)測裝置監(jiān)測透明介質(zhì)折射率的方法。
文檔編號G01N21/41GK103018200SQ201210501999
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張書練, 張鵬, 徐玲, 劉維新 申請人:清華大學(xué)