[发明专利]一种液体折射率测量方法

说明书

本发明属于光学测量系统领域，公开一种液体折射率测量方法，包括如下步骤：1）首先建立单光路双重外腔激光回馈效应的理论模型，并分析折射率在设定范围内的双重外腔回馈激光功率调谐曲线；2）搭建单光源双外腔回馈系统，再将一束激光同时入射液体表面和液体底部，并使液体外表面和液体底部的反射光沿原路返回激光谐振腔，构成单光源双外腔回馈系统；3）当入射液体表面升高时，液面高度变化和液面底部光程变化引起的自混合干涉信号叠加在激光器的光强调谐曲线上，通过解调波动曲线频率以获得待测液体的折射率。具有结构简单易调谐、精度高、测量范围大、可溯源等优点。

技术领域

本发明属于光学测量系统领域，具体涉及一种液体折射率测量方法。

背景技术

折射率作为液体最重要的光学参数之一，在浓度、纯度鉴定，医药，化工等领域都具有重要的应用。随着现代科技的发展，新材料不断研制成功，对折射率的测量精度和测量范围都提出了更高的要求。目前折射率测量技术主要基于折射定律和干涉法两大类。基于折射定理的测量方法包括最小偏小角法、V棱镜法、全反射法等，其中最小偏向角法精度最高，原理是通过测量光线从棱镜出射后的最小偏向角获得折射率，精度可以达到目前折射率测量国家标准为10^-6；但是，该方法需要将待测样品加工成精密棱镜，难度较大且不适用于液体折射率测量。V棱镜法和全反射法分别通过测量出射光线的偏折角或全反射的临界角得折射率大小，待测样品可为固体和液体，应用较为广泛。但是受限于测量机理，这两种方法可测试的折射率范围仅为1.3-1.7，无法满足大折射率新材料的发展需求。

采用干涉仪同时测量光程nL和几何长度L的变化，根据其比值得到折射率n的大小是干涉法的基本思路。对于液体折射率，现有文献中是通过迈克尔逊干涉仪记录浸泡在液体中的镜子的光程变化，并通过电脉冲方式获得镜子的位移，从而得到液体的折射率。镜子位移变化和光程变化分别依靠电学方法和光学方法获得，因此精度较低，且测量结果不可溯源。徐玲等提出通过两个准共路式激光回馈干涉仪，同时以液体底部和液体表面作为外部反射面，测量液面升高时底部的光程变化和表面高度变化,并根据比例关系获得液体折射率的大小。这种方法精度虽高，但光路复杂调谐难度大，并且由于采用了两路干涉仪，两个光源的波长不完全同步，离真正可溯源测量还有技术需要改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，以单光路双重外腔激光回馈效应为基础，提供一种基于单光路双重外腔激光回馈效应的液体折射率测量方法。该方法具有结构简单易调谐、精度高、测量范围大、可溯源等优点，为液体折射率测量提供了一种全新的思路，具有广阔的应用前景。

首先建立了单光路双重外腔激光回馈效应的理论模型，并分析了折射率在1.11-1.88范围内的双重外腔回馈激光功率调谐曲线，以自来水为样品搭建了单光路双外腔回馈液体折射率测量系统，实验结果曲线与理论取得良好一致。为液体折射率测量提供了一种全新的思路，具有广阔的应用前景。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种基于单光路双重外腔激光回馈效应的液体折射率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)首先建立单光路双重外腔激光回馈效应的理论模型，并分析折射率在设定范围内的双重外腔回馈激光功率调谐曲线；2)搭建单光源双外腔回馈系统，再将一束激光同时入射液体表面和液体底部，并使液体外表面和液体底部的反射光沿原路返回激光谐振腔，构成单光源双外腔回馈系统；3)当入射液体表面升高时，液面高度变化和液面底部光程变化引起的自混合干涉信号叠加在激光器的光强调谐曲线上，通过解调波动曲线频率以获得待测液体的折射率。