一种复折射率测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种复折射率测量装置。

背景技术：

对于吸收性介质(如金属、生物组织液等)的折射率，其值用复折射率来表征。这种形式上的变化使波的性质也发生了变化，尤其是折射率虚部，不仅是介质吸收特性的根源，还影响反射光、透射光的偏振状态。复折射率的研究不仅具有理论意义，同时还具有实际的应用价值。

现有的复折射率的测量方法主要是偏振技术，入射的线偏振光经吸收性介质反射后将变成椭圆偏振光，通过测量反射光的位相和振幅来获得复折射率的实部和虚部的大小，原理比较复杂，完成测量需要较多的光学元件，光路比较复杂，且现有的仪器价格较贵。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种复折射率测量装置，通过加大光线折射后的光程以便利于测量，进而通过计算即可得出待测介质的复折射率。

为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案实现：一种复折射率测量装置，其特征在于：包括激光发射器、尖劈形吸收性介质，第一镜面，第二镜面，接收屏和CCD探测器，所述第一镜面和第二镜面对应平行设置成反射通道；所述激光发射器发射激光垂直入射所述尖劈形吸收性介质的直角边，光线在尖劈形吸收性介质的斜边发生折射后进入所述反射通道，光线在反射通道射进行若干次反射后投射在接收屏上，所述CCD探测器对接收屏上的光斑位置进行测量，根据两次不同顶角的尖劈形吸收性介质引起的光斑位置的变化计算出该尖劈形吸收性介质的复折射率。

进一步的，所述激光发射器和尖劈形吸收性介质间还设置有扩束器对激光进行扩束。

进一步的，所述第一镜面和第二镜面为光学抛光的平面镜。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型的光路简单，仪器成本低廉，通过平行设置的两个镜面用于对折射后的光线进行多次折射，将光程放大，提高了检测的准确度，以便于后期通过计算得到待测介质的复折射率。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的装置结构示意图。

图2是本实用新型的尺寸示意图。

图3是本实用新型光线经过介质斜边时的折射角示意图。

图4是基于实折射角法的吸收性介质的复折射率测量方法的光路示意图。

图中：1-激光发射器；2-尖劈形吸收性介质；3-第一镜面；4-第二镜面；5-接收屏；6-CCD探测器；7-主机；8-扩束器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

请参照图1，本实用新型提供一种复折射率测量装置，包括激光发射器1、尖劈形吸收性介质2，第一镜面3，第二镜面4，接收屏5，CCD探测器6和主机7；于本实施例中，所述主机为计算机。所述第一镜面3和第二镜面4为经光学抛光的平面镜，且相互对应平行设置成一个反射通道，使得光线入射后在该反射通道内形成若干次反射，为了便于光线的入射和出射，如图所示，第一镜面3和第二镜面4彼此错开一部分；所述激光发射器1发射激光垂直入射所述尖劈形吸收性介质2的直角边，光线在尖劈形吸收性介质2的斜边发生折射后进入所述反射通道，光线在反射通道射进行若干次反射后投射在接收屏5上，所述CCD探测器对接收屏上的光斑位置进行测量并将数据发送给主机，所述主机根据两次不同顶角的尖劈形吸收性介质引起的光斑位置的变化计算出该尖劈形吸收性介质的复折射率。

在测量过程中，若待测的尖劈形吸收性介质有较强的吸收性，为保证激光能够通过，尖劈形吸收性介质必须非常薄，折射出的光线的偏转角也将非常微小，此时在较短距离内，CCD探测器难以分辨出如此微小的光斑位移变化，因此直接测量光线出射时的折射角非常困难。而反射通道的作用是将光程放大便于测量。

请继续参照图1，所述激光发射器1和尖劈形吸收性介质2间还设置有扩束器8对激光进行扩束。

为了让一般技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，以下结合本实用新型的测量方法进行详细介绍，包括以下步骤：

步骤S1：激光发射器发出激光垂直入射顶角为α₁的尖劈形吸收性介质的直角边，CCD探测器检测接收屏上的光斑的位置；

步骤S2：主机根据所述光斑的位置计算光线经过尖劈形吸收性介质的斜边时的实折射角实折射角的计算方法如下：以激光发射器出射的激光方向为X轴建立直角坐标系，CCD探测器检测到接收屏上光斑在Y轴上的偏移量oy_2n-1为：

oy_2n-1＝Ltanθ+(2n-3)Dtanθ+Mtanθ

请参照图2，L为尖劈形吸收性介质的斜边折射处到第一镜面的距离，D为第一镜面和第二镜面之间的距离，M为第二镜面到接收屏的距离，θ为光线在尖劈形吸收性介质的斜面处发生折射的偏转角，n为自然数且n≥2，2n-2的值等于光线在反射通道内发生反射的次数；

请参照图3，由上式及几何关系可得：

其中，α为尖劈形吸收性介质的顶角，为由尖劈形吸收性介质斜边折射到空气中的实折射角。

步骤S3：取顶角为α₂的尖劈形吸收性介质进行以上步骤得到实折射角

步骤S4：结合实折射角与尖劈形吸收性介质复折射率的关系：

其中，n、κ分别为尖劈形吸收性介质的实部、虚部，为尖劈形吸收性介质的复折射率；α为尖劈形吸收性介质的顶角，为由尖劈形吸收性介质斜边折射到空气中的实折射角，n_i为空气折射率；

代入步骤S1和步骤S2的数据，得下式：

对上式进行推导，求得复折射率的实部和虚部如下：

则该尖劈形吸收性介质的复折射率为

实折射角与尖劈形吸收性介质复折射率的关系推导过程如下：

把光波E(r,t)＝E(r)e^-iωt，H(r,t)＝H(r)e^-iωt代人麦克斯韦方程，可以得到光波在吸收性介质中满足如下方程：

其中为等效复介电常数，ε为介电常数，μ为磁导率,σ为电导率，为吸收性介质的复折射率，n，κ分别为吸收性介质的实部、虚部，k₀为真空中的波矢，为吸收性介质中的复波矢，等幅面和等相面的单位矢量分别为q和s，两单位矢量之间的夹角为ξ＝cos^-1(q.s)，k_s和k_q分别为波的相位常数(反映波的传播情况)和衰减常数(反映波的振幅变化)。

吸收性介质中的相位常数、衰减常数与复折射率的实部、虚部之间的关系如下，

由于n，κ均不为零，从(5)式可知，ξ≠π/2，即两单位矢量不会垂直。经计算可得：

参数N_s，N_q看作是光在吸收性介质中传播和衰减的有效折射率，它们的大小不但和复折射率有关还与等相面和等幅面的夹角有关。

当光由空气垂直入射顶角为α的尖劈形吸收性介质的直角边，如图4所示，在下直角边处，由于光垂直入射，根据边界条件可知，进入吸收性介质后的光波

在斜边处由吸收性介质折射到空气中，折射到空气的实折射角为根据边界条件可知，由于吸收性介质中波的相位波矢和衰减波矢在界面上均有切向分量，所以折射波的相位常数k_s′，衰减常数k_q′之间的关系如下：

从上式可知，折射后的波为非均匀平面波，等幅面单位矢量q′和等相面单位矢量s′之间的夹角ξ′＝π/2，即两单位矢量相互垂直.

同时根据边界条件可得

由(6)、(7)、(8)、(9)式可得

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。