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最小偏向角法
最小偏向角法的原理如图2所示,光束从折射率为n0的介质(一般为空气)入射到折射率为nx的三棱镜的一侧,经折射后从棱镜另一侧出射,入射光与出射光的夹角D为偏向角。α1和β1、α2和β2分别为两次折射时的入射角与折射角。当α1=α2,β1=β2时,偏向角D为最小。
此时各角度的关系有:
β1=β2=A2
(4)
α1=α1=A+D2
(5)
根据折射定律,n0?sinα1=nx?sinβ1,即待测棱镜的折射率nx为:
nx=n0?sinα1sinβ1=n0?sin(A+D2)sinA2
(6)
由式(6)可知,待测折射率是顶角A和最小偏向角的函数,只要测量最小偏向角D即可求得待测物的折射率nx。
基于最小偏向角法原理的精密测角法是目前国际上应用最成熟的高准确度液体折射率测量方法,它的优点一是可溯源到角度基准,相较于阿贝折射法,它不需要参考其他液体折射率标准物质,也不需要与已知玻璃材料的折射率相比,而是通过直接测量角度实现折射率的测量,是一种绝对测量方法;二是可以采用非相干光源如LED或者元素灯作为光源。该方法是目前折射率测量精度最高的方法之一,准确度最高可达10?6量级。但它的角度测量装置十分复杂,且样品需要加工成三角棱镜形状,对三棱镜的各个角要求严格,测量成本高。最小偏向角法主要用于固体折射率的测试,较少应用于液体折射率的测试。若要应用于液体折射率测量需要制作精确且已知顶角的特殊的盛装器皿,工艺难度较大,对两个透射玻璃等厚程度要求较高[14]。孙一书等[14]于2019年将该方法用于液体折射率的测量,获得10?6的测量精度。