一种利用光纤白光干涉原理实现的高精度液体折射率测量仪及其测量方法技术

本发明专利技术属于光纤技术领域，具体涉及的是一种可广泛应用于科学研究、工业计量和生物医学检测，也可以应用于食品安全领域的利用光纤白光干涉原理实现的高精度液体折射率测量仪及其测量方法。本发明专利技术由光源1，光电探测器2，光谱仪3，耦合器，PZT调制器6，光纤端反射镜7，光纤准直器8，液体皿9，扫描动镜10和扫描位移台11构成。解决在一个较宽的光谱范围内，快速的通过一次测量就完成宽谱光源波长范围内对应的每个波长的折射率的问题，不需要待测材料进行样品加工、测量系统调整方便、能够实现液体材料折射率测量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于光纤
，具体涉及的是一种可广泛应用于科学研究、工业计量和生物医学检测，也可以应用于食品安全领域的利用光纤白光干涉原理实现的高精度液体折射率测量仪及其测量方法。本专利技术由光源1，光电探测器2，光谱仪3，耦合器，PZT调制器6，光纤端反射镜7，光纤准直器8，液体皿9，扫描动镜10和扫描位移台11构成。解决在一个较宽的光谱范围内，快速的通过一次测量就完成宽谱光源波长范围内对应的每个波长的折射率的问题，不需要待测材料进行样品加工、测量系统调整方便、能够实现液体材料折射率测量。【专利说明】-种利用光纤白光干溃原理实现的高精度液体折射率测量仪 及其测量方法
本专利技术属于光纤
，具体设及的是一种可广泛应用于科学研究、工业计量 和生物医学检测，也可W应用于食品安全领域的利用光纤白光干设原理实现的高精度液体 折射率测量仪及其测量方法。
技术介绍
折射率测量对于各种光学材料的特性和应用十分重要。折射率是反映透明介质材 料光学性质的一个重要参数。在生产和科学研究中往往需要测定一些固体和液体的折射 率。测定透明材料折射率的方法很多，最小偏向角法和全反射法(折射极限法)是比较常用 的两种方法。借助于分光计就可W实现折射率的测量，最小偏向角法具有测量精度高、所测 折射率的大小不受限制等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求 高、不便快速测量。全反射法属于比较测量，虽然测量精度较底、被测折射率的大小受到限 审IJ，对于固体材料，也需要制成试件。阿贝折射仪就是依据运个原理制成的。具有操作方便 迅速、环境条件要求底等优点。 但是，无论固体材料和液体材料其折射率也与材料的物性联系紧密。折射率除了 与材料本身的成份有关外，还与材料所处的溫度和波长有关(苑立波，溫度和应变对光纤折 射率的影响，光学学报，17( 12)，1713-1717，1997)。而上述方法所测得的折射率都是针对某 一选定的波长而得到的测量结果。 为了解决在一个较宽的光谱范围内，快速的通过一次测量就完成宽谱光源波长范 围内对应的每个波长的折射率的问题，S.H.Him等人采用将固体材料制备成光学平板，借助 于光纤白光干设Mach-Zehnder干设仪实现了宽谱范围固体材料绝对折射率的测量 (S.H.Kim,S.H.Lee,et.al..Absolute refractive index measurement method over a broad wavelength region based on white-light interferometry.Applied Optics,49 ，910-914,2010)。 但是，该技术在实施测量过程中，存在需要对待测材料进行样品加工、测量系统调 整不便、不能实现液体材料折射率测量的等问题，为了克服在先技术的不足，本专利技术给出了 一种基于可调整的光纤白光迈克尔逊干设仪实现透明或半透明液体物质材料绝对折射率 高精度测量的装置并公布了其测试实施方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有仪器调整方便、对于各种液体材料可实现一次性 就能完成宽谱范围内材料对应的每一个波长的绝对折射率的测量的利用光纤白光干设原 理实现的高精度液体折射率测量仪。 本专利技术的目的还在于提供一种一种利用光纤白光干设原理实现的高精度液体折 射率测量方法。[000引本专利技术的目的是运样实现的： -种利用光纤白光干设原理实现的高精度液体折射率测量仪，由光源1，光电探测 器2，光谱仪3，禪合器，PZT调制器6，光纤端反射镜7，光纤准直器8，液体皿9，扫描动镜10和 扫描位移台11构成，光源与第一禪合器4的端口 a相连接;光电探测器与第二禪合器5的端口 b连接;光谱仪与第二禪合器的C端口连接;而第二禪合器的另一端口则与第一禪合器的端 口 d相连;第一禪合器的端口 e与施加微小光程扫描的PZT光纤拉伸器相连，其另一个光纤端 锻有反射镜;第一禪合器的另一端口 f则直接连接了 一个光纤自聚焦透镜准直器8;正对着 光纤自聚焦透镜准直器分别装有可旋转的液体皿和扫描镜10,该扫描镜被固定在一个精密 扫描位移台11的基座上。 所述宽谱光源是L邸光源、SLD光源、ASE光源中的一种。 所述液体皿是矩形或方形的结构，其材料使用石英玻璃或有机玻璃。 -种基于高精度液体折射率测量仪实现液体的宽谱范围折射率高精度测量方法， 包括如下步骤： 1系统初始化； 2采用光程扫描的方法，通过时域白光干设信号，精确调整干设仪两臂，使其处于 两臂光程相等的状态； 3采用谱域白光干设方法对空的透明液体皿实施初态转角θι光谱和末态转角02的 干设光谱测量，具体为:将空的液体皿置于测试系统中，使其处于转角θι的位置，调整扫描 镜的初始位置，使其处于两臂光程相等的位置;读取此时光谱仪中干设光谱，记为补偿干设 谱1;转动液体皿，使其从转角θι转倒θ2的位置，读取此时光谱仪中干设光谱，记为补偿干设 谱2;4将所测得的补偿干设谱1和测试干设谱2分别进行数据提取，分别获得液体皿在处于 转角θι和θ2状态下波长与相位的关系曲线，获得两个状态下的相位差； 5将盛满待测液体的液体皿至于测试系统中，使其处于转角θι的位置，调整扫描镜 的初始位置，使干设仪两臂光程相等;读取此时光谱仪中的干设光谱，记为样品测试谱1;使 其处于转角θ2的位置，读取此时光谱仪中干设光谱，记为样品测试谱2; 6将所测得干设光谱分别进行数据提取，该干设光谱不仅具有待测液体折射率信 息，而且还包含了液体皿自身折射率信息;通过对运两组干设光谱进行分析，可W分别获得 盛有待测液体样品的液体皿在处于转角θι和02状态下波长与相位的关系曲线，从而进一步 获得两个状态下的相位差； 7按照光谱相位差分析程序实施分析与计算，剔除液体皿本身相位差的影响，最终 得到待测液体的关于波长的相位差曲线，并进一步解算出关于波长的折射率曲线。 本专利技术的有益效果在于:解决在一个较宽的光谱范围内，快速的通过一次测量就 完成宽谱光源波长范围内对应的每个波长的折射率的问题，不需要待测材料进行样品加 工、测量系统调整方便、能够实现液体材料折射率测量。【附图说明】 图1是利用光纤白光干设原理实现高精度液体折射率测量仪的结构示意图。 图2是借助于高精度液体折射率测量仪实现液体的宽谱范围折射率高精度测量的 方法与流程框图。 图3是光束通过盛有待测液体的液体皿时，对应的实际光程示意图。 图4是光束通过空的液体皿时，对应的实际光程示意图。等效于折射率为"Γ的特 殊液体。 图5是来自同一宽谱光源，分束后通过干设仪的两束光进行干设后得到的干设光 谱。【具体实施方式】 下面结合附图给出的实施例对本专利技术做更详细地描述： 本专利技术克服了在先技术的缺点和不足，构造了一种利用光纤白光干设原理实现的 高精度液体折射率测量仪。该技术的主要特征在于:该测量仪是由光源1，光电探测器2,光 谱仪3，禪合器4、5，PZT调制器6，光纤端反射镜7，光纤准直器8，液体皿9，扫描动镜10和扫描 位移台11等部件构成，如图1所示。 对于透明液体折射率则可W通过将液体倒入一个长方形的透明玻璃皿9中，然后 通过该高精度液体折射率测量仪测得相应材料的折射率。我们知道，折射率对波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用光纤白光干涉原理实现的高精度液体折射率测量仪，由光源(1)，光电探测器(2)，光谱仪(3)，耦合器，PZT调制器(6)，光纤端反射镜(7)，光纤准直器(8)，液体皿(9)，扫描动镜(10)和扫描位移台(11)构成，其特征在于：光源与第一耦合器(4)的端口a相连接；光电探测器与第二耦合器(5)的端口b连接；光谱仪与第二耦合器的c端口连接；而第二耦合器的另一端口则与第一耦合器的端口d相连；第一耦合器的端口e与施加微小光程扫描的PZT光纤拉伸器相连，其另一个光纤端镀有反射镜；第一耦合器的另一端口f则直接连接了一个光纤自聚焦透镜准直器(8)；正对着光纤自聚焦透镜准直器分别装有可旋转的液体皿和扫描镜(10)，该扫描镜被固定在一个精密扫描位移台(11)的基座上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苑勇贵，张晓彤，杨军，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23