[发明专利]一种折射率测量方法及系统

说明书

一种折射率测量方法，包括以下步骤：1)全反射光束在不同相位角的图像采集；2)不同偏振态光束信号采集；3)光强信息计算和光斑质心坐标计算数据处理。一种折射率测量系统，所述高度稳定激光光源SLD是光源发生器；840nm单模光纤传用于输光信号；消色差准直透镜对入射光束进行准直；直角棱镜和溶液流道用于放置待测样本；前选/后选偏振器实现对光偏振态的选择；二分之一波片组调整光的相位；CCD模块负责采集光斑信息；计算机用于实现光强信号的光强及质心坐标分析，对比不同溶液得到折射率的变化。本发明利用简单的光路结构和未镀膜的普通光学棱镜进行测量，并通过测量NaCl溶液折射率证明了其可行性。

技术领域

本发明属于光学测量领域，尤其是一种测量溶液折射率测量方法及系统。

背景技术

对某物质的折射率测量，在各个领域都有重要意义。在生产和科研部门中，由于折射率的测量相对于液体的其他参量的测量更容易实现，往往需要测定物体的折射率。例如在环境保护与监测、航空航天领域、基础研究、化学分析、生物医学和食品工业等领域有着广泛的应用。折射率(RI)是一种表征介质光学性质的物理量，反应物质内部信息。

因此，折射率测定是几何光学中最重要的问题之一。借助折射率就可以间接的获得物质的其他相关物理、化学参数。可以鉴定未知液体、有机化合物，衡量液体、气体、有机化合物的纯度，确定混合物的组成等等。该物理量是一个非常精确的物理常数，即便样品中有少量的杂质，折射率的数值也会有明显的改变。所以研究能够准确、可靠地测量液体折射率的更小型化、更鲁棒的光学传感器成为热点。不少折射率传感器有着较好的性能，有着较高的测量精度和折射率测量范围，但是必然也会存在一定的局限性。

在2004年，弱测量是由Aharonov等人最早提出的。2008年，由Hosten和Kwiat首次观察到了导致棱镜中折射光束自旋分裂的光自旋霍尔效应(SHEL)，实验通过适当的预选择和后选择放大了微弱的测量信号。如今，弱测量被广泛用于估算小参数，例如超表面，光束偏转，相移和纳米膜厚度。弱测量和自旋霍尔效应(SHEL)，研究表明基于弱测量的折射率测量方法对温度、湿度、压强、波长等因素有着敏感的嗅觉，具有远高于一般测量方法测量精度。在精密测量的领域有重要的应用点，可以更加便捷的应用在不同领域。

发明内容

为了克服传统折射率测量方法存在的测量成本高、测量分辨率不高、环境适应性差、光路结构复杂的不足，本发明提出了一种基于全内反射与弱测量的折射率测量方法及其系统，利用简单的光路结构和未镀膜的普通光学棱镜进行测量，提出了一种不同的RI测量方法，并通过测量NaCl溶液证明了其可行性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种折射率测量方法，包括以下步骤：

1)全反射光束在弱测量模型中对不同相位角进行图像采集；

2)不同偏振态光束信号采集，过程如下：

通过第一偏振器P1选择并滤光获得线偏振光，调节棱镜旋转台调整入射角，使得线偏振光以大于临界角的角度入射直角棱镜R1，线偏振光经过流道中的溶液实现全反射，反射光束的光强和相位发生了变化；

在棱镜结构中，折射率为n₁的棱镜材质与折射率为n₂的测试溶液直接接触，由于经过棱镜的附加的光束相位，棱镜出射端放置一对快轴几乎平行的二分之一波片，用于调节相位；

最后，透过另一个几乎与第一偏振片垂直的第二偏振片P2进行后选择，出射光由面阵CCD采集图像信号；

3)光强信息计算和光斑质心坐标计算数据处理。

所述步骤1)中，相位角的确定通过LabVIEW程序的监测，为LabVIEW前面板和后台程序光斑信息计算。实施方式是控制调节架GCM-0912M和GCM-1101M调节波片H2，获得测量的最佳工作区间。