[发明专利]一种透射式薄层物质折射率测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学仪器领域，更具体地，涉及一种透射式薄层物质折射率测量装置。

背景技术

折射率是物质的重要物理参数之一，人们常利用光在界面上临界角附近的反射特性，完成折射率测量，如：著名的阿贝折光计。这种测量装置原理简单、测量精确，在各行各业得到了广泛的应用。传统的目视阿贝折光计需要取样和手动对准，人眼通过目镜对准，测量效率不高，精度也将受到影响，无法满足自动在线测量要求。

此外，阿贝折光计这种装置测量不同物质时会受到一定限制：对于液体，需要取样较多，这种限制对于价值昂贵液体不适用；对于固体，薄片测量，对准误差取决于操作者的经验，长时间测量将带来更大误差。

在生物、医药、半导体、化工、光学等行业，存在大量薄膜和价值昂贵液体需要精确测量其折射率。在传统光学中，对于光学薄膜和少量微量液体等的折射率测量存在着一个问题：与棱镜接触的待测物质下表面发生全反射，未经处理的上表面将产生杂散光信号，这将影响系统的测量性能，。

目前，需要开发一种新的装置或者方法以满足薄膜和价值昂贵液体的折射率的精确测。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种透射式薄层物质折射率测量装置，其目的在于，通过设计透射测量模块，能用于测量薄膜、少量或价值昂贵液体的折射率。

为实现上述目的，本发明提供了一种透射式薄层物质折射率测量装置，其包括透射测量模块，该透射测量模块包括第一棱镜、第二棱镜以及用于测量时容置待测对象的间隙，所述间隙为第一棱镜的测量面和第二棱镜的测量面相聚的间隔，所述间隙的高度为100nm～2mm。

进一步的，所述间隙的高度为300nm～2mm。

进一步的，所述间隙的高度为600nm～50μm。

进一步的，所述第一棱镜和所述第二棱镜为结构相同、折射率相同的等腰棱镜。

进一步的，所述第一棱镜和所述第二棱镜为结构不相同、折射率不相同的等腰棱镜。

进一步的，所述第一棱镜的一个等腰侧面为入射面，所述第一棱镜的底面为测量面，所述第二棱镜的一个等腰侧面为入射面，所述第二棱镜的底面为测量面。

进一步的，所述透射测量模块中，所述第一棱镜和所述第二棱镜的底面相对且相隔间隙设置。

进一步的，还包括光源，输入耦合光学模块，输出耦合光学模块，阵列器件，图像采集分析系统，其中，所述光源用于产生发散光束；所述输入耦合光学模块用于接受来自光源的光散光束并将其聚焦或发散，所述透射测量模块设置在所述输入耦合光学模块的出射光方向上，用于容置待测对象并对其进行测量，所述输出耦合光学模块设置在所述透射测量模块的透射光方向上，用于收集带有待测对象折射率信息的透射光，所述阵列器件用于接受带有待测对象折射率信息的透射光，并将其转化为光电信号，所述图像采集分析系统用于对所述光电信号进行处理和分析，以直接输出待测对象的折射率。

进一步的，工作时，从光源射出的光线经输入耦合光学模块后射入至第一棱镜的入射面，发生第一次折射，接着入射至第一棱镜的测量面，发生第二次折射，进一步入射至待测对象中，接着，光线入射至第二棱镜的测量面，发生第三次折射，进入第二棱镜中，最后，在第二棱镜的出射面发生第四次折射，透射的光线进入输出耦合光学模块，从输出耦合光学模块中输出的光被阵列器件接受。由于耦合光学模块输出的光线为会聚或者发散形式，其在第一棱镜测量面上的入射角各不相同，其中包括临界角，光线根据在第一棱镜测量面上的入射角不同而透射光能量不同，大于临界角的光发生全反射而无透射光，小于临界角的光发生折射而具有透射光，从而会使最终从第二棱镜射出的透射光形成具有明暗界限的光斑，该明暗界限与临界角具有对应关系，该临界角和待测对象的折射率具有对应关系，依此原理可获得待测对象的折射率。

本发明在于提出一种薄层物质的折射率测量装置，针对透明介质通过两块棱镜构成测量光学系统，不仅实现薄层物质的折射率测量，而且经过玻璃-物质和物质-玻璃两次透射具有显著提升信号特征的特点。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：