专利名称：透明介质折射率的监测装置及监测方法
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η的变化由下列公式推得
权利要求
1.一种透明介质折射率的监测装置，其特征在于，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轴线上，所述样品室在位于半外腔激光器输出光路上的侧壁为两个相对且平行的平面，且所述侧壁内外表面均镀有增透膜；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；以及一信号米集与处理系统，所述信号米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。
2.如权利要求1所述的透明介质折射率的监测装置，其特征在于，所述分光棱镜、偏振片、光电探测器沿所述稳频激光器的输出激光轴线方向依次共轴设置。
3.如权利要求1所述的透明介质折射率的监测装置，其特征在于，所述分光棱镜、偏振片、光电探测器沿所述半外腔激光器的输出激光轴线方向依次共轴设置。
4.如权利要求1所述的透明介质折射率的监测装置，其特征在于，所述分光棱镜设置于所述半外腔激光器的出射激光轴线与所述稳频激光器出射激光轴线的交点上。
5.如权利要求4所述的透明介质折射率的监测装置，其特征在于，所述半外腔激光器的输出激光经分光棱镜反射后的激光分量，与所述稳频激光器的输出激光经分光棱镜透射后的激光分量重合。
6.如权利要求1所述的透明介质折射率的监测装置，其特征在于，所述样品室具有一出口及入口，所述样品室材料为物理和化学性质稳定的透明材料。
7.一种应用权利要求1提供的透明介质折射率的监测装置监测透明介质折射率的监测方法，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，将被监测样品通入所述样品室，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，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的变化dn由下列公式推得 式中△为半外腔激光器的纵模间隔，h为样品室内部在激光轴线方向上的厚度，λ为激光波长。
8.如权利要求7所述的透明介质折射率的监测方法，其特征在于，所述半外腔激光器的输出激光为单纵模。
9.如权利要求7所述的透明介质折射率的监测方法，其特征在于，被监测样品折射率发生变化时，半外腔激光器输出频率的变化为
10.如权利要求7所述的透明介质折射率的监测方法，其特征在于，半外腔激光器以及稳频激光器输出的激光经分光棱镜、偏振片混合，并照射到光电探测器后形成输出信号，所述输出信号经过放大后在拍频处理显示系统上显示出拍频量，并计算折射率的变化。
全文摘要
本发明提供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；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。本发明进一步提供一种利用所述监测装置监测透明介质折射率的方法。
文档编号G01N21/41GK103018200SQ201210501999
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者张书练, 张鹏, 徐玲, 刘维新 申请人:清华大学