[发明专利]透明介质折射率的监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明介质折射率的监测装置及监测方法。

背景技术

折射率是材料的重要物理参数之一，并易受到材料及其所处环境物理和化学性质变化的影响而发生改变。折射率变化的实时监测，对于制造业、冶金、化工、生物、环保和高精密测量等领域有着重要意义。

目前折射率的监测方法大多是基于现有折射率测量方法的改进。常用的折射率测量方法包括测角法和干涉法等。测角法包括最小偏向角法、临界角法、V棱镜法等，干涉法包括迈克尔逊干涉法、瑞利干涉法等。

然而，传统方法的实时性、精确性和灵敏度难以满足较高要求，或装置结构复杂，设备成本较高；或者对被测样品有特殊的加工要求；或是需要接触式测量，因此应用场合受限。另外，传统监测方法其监测结果也无法溯源。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种精度高、灵敏度高、易于操作、且能够溯源的折射率监测方法和监测装置。

一种透明介质折射率的监测装置，其中，所述监测装置包括：一半外腔激光器，其包括一增益管及一输出腔镜，所述输出腔镜与所述增益管间隔并沿半外腔激光器的输出激光轴线共轴设置，形成激光谐振腔；一样品室，所述样品室位于所述增益管和所述输出腔镜之间，并与两者间隔，所述样品室设置于所述半外腔激光器输出激光的光路上，且在激光光路上的侧壁内外表面均镀有激光波长的增透膜；一稳频激光器，所述稳频激光器的输出激光轴线与所述半外腔激光器的输出激光轴线垂直设置；以及一信号采集与处理系统，所述信号采集与处理系统包括分光棱镜、偏振片、光电探测器及一拍频处理显示系统，所述半外腔激光器、稳频激光器与所述分光棱镜共轭设置。

一种透明介质折射率的监测装置监测透明介质折射率的方法，包括以下步骤：

第一步，所述半外腔激光器为连续输出，模式为基横模，所述半外腔激光器的输出激光照射到分光棱镜，且部分被分光棱镜反射；

第二步，调整稳频激光器的输出方向，使其输出激光照射到分光棱镜后，部分激光直接透过分光棱镜，与所述半外腔激光器经过分光棱镜后的反射光叠加；

第三步，将被监测样品置入所述样品室，所述半外腔激光器与稳频激光器的叠加光通过偏振片混频，由光电探测器采集拍频信号，由拍频处理显示系统对拍频信号进行放大、处理和显示，记录初始拍频值f；

第四步，被监测的样品折射率发生变化时（如变大或变小），半外腔激光器与稳频激光器的拍频值发生变化，设变化后的拍频值为f′；

第五步，被监测样品的折射率n的变化由下列公式推得：

，

式中Δ为半外腔激光器的纵模间隔，h为样品室内部在半外腔激光器输出光路上的厚度，λ为激光波长。

本发明利用激光器的输出频率变化来监测透明介质的折射率变化，激光器本身既是光源又是传感器。所述透明介质折射率的监测方法和监测装置结构简单、操作方便、灵敏度很高，具有进一步提高精度的优势，对于折射率的微小变化也有很灵敏的响应，且具有溯源的潜力。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的透明介质折射率监测装置的结构示意图。

图2是本发明所述透明介质折射率监测方法中激光谐振频率随着谐振腔内折射率变化的趋势示意图。

主要元件符号说明