一种光纤干涉法测折射率的装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤干涉测量折射率的装置，包括激光器光源，环形器，样品池，光电探测器，解调模块，准直器。样品池的一端装有准直仪，准直器中有10％反射90％透射式透镜，样品池的后端为法拉第旋镜。激光器发出的光经过准直器后变成平行光入射进样品池，并且在后端被法拉第旋镜反射回来。法拉第旋镜避免了样品池内入射光和反射光之间的干涉。准直器的反射光和法拉第旋镜的反射光两路光会发生干涉现象。本发明测量精度高，结构简单易于实现小型化，可以对气体、液体多种样本进行测量，测量折射率的范围广，可以实现数字化自动测量。
【专利说明】
一种光纤干涉法测折射率的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光纤干涉法测折射率的装置，通过光纤干涉测量原理对于气体、 液体的折射率进行高精度数字化的测量。
【背景技术】
[0002] 目前，传统的测定折射率的方法主要是通过阿贝折射率测量仪，阿贝折射率测量 仪主要是通过光的全反射原理，在被测液体和棱镜的表面形成全发射现象，从而以临界角 的位置为轴线形成明暗分界的区域，通过探测明暗分界区域的位置来实现对样本的折射率 的测量。由于运用全反射的原理，测量折射率的范围受到一定的限制，对于折射率较高或者 较低的样品不能够测量。阿贝折射率测量仪由纯物理光学器件搭建，光路搭建和调校困难， 仪器整体操作复杂，体积大，不便于实现小型化和数字化测量。阿贝折射率测量仪多用于液 体的折射率的测量，对于气体折射率的测量有一定的局限性。
[0003] 辛督强等人（一种基于光纤干涉的液体折射率测量装置，专利号： 201520180701.5)报道了一种光纤干涉的液体折射率测量装置，光纤干涉两臂之间没有补 偿，外界振动和温度影响会带来附加的光程差，导致测量不准确，装置整体抗干扰能力差， 准确度和精确度下降。
【发明内容】
[0004] 为了克服传统折射率测量仪光路搭建困难，使用操作复杂，不能实现数字化自动 测量，测量的折射率范围较小等不足，本发明提供一种光纤干涉测量折射率的仪器，通过光 纤干涉测量技术对样本的折射率进行高精度测量，抗干扰能力强，折射率测量范围宽，探测 样本种类多样，仪器可以实现数字化实时测量功能。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:环形器的三端分别与激光器，样品 池和光电探测器连接。激光器发出的激光经过环形器到达样品池，样品池是一个透明的玻 璃空仓，有进样口和出样口，不同的样品可以通过进样口进行注入，探测完成的样品可以通 过出样口进行排出。样品池的前端装有光纤准直器，准直器内装有10%反射90%透射的透 镜，透镜可以将一部分入射光反射回光纤内，一部分光经过准直器射入到样品池内。另外， 准直器可以将光纤的入射光转换成平行光射出，在样品池的后端装有法拉第旋镜，镜面上 有防腐蚀的镀膜，可以防止样品对法拉第旋镜的腐蚀。由准直器出射的平行光经过样品池 后，在后端的法拉第旋镜上发生反射，样品池的反射光和准直器中的反射光会发生干涉现 象。法拉第旋镜可以将入射光的偏振状态旋转90°，这样在样品池中的入射光和法拉第旋镜 的反射光就不会发生干涉，避免了由干涉引起的附加条纹的变化。当样本池中为真空状态 的时候，前端准直器的反射光和后端法拉第旋镜的反射光之间光程差恒定，干涉条纹稳定。 当充入样本时，样本池内折射率会发生相应的变化，两路反射光之间会产生相应的光程差， 干涉条纹也会产生相应的变化。装置本身为全光纤结构，测量精度高，相应速度快，避免了 传统光路搭建的复杂程序。
[0006] 在使用时，对于气体和液体样本，可以先将样品池抽成真空，这时样本池中的折射 率为η = 1，再将被测气体或液体样本注入到样本池中，相应的折射率发生变化，光程差就会 发生相应的改变，同时干涉条纹就会产生相应的变化，环形器的另一端接在光电探测器上 面，可以探测干涉条纹相应的相位变化，之后解调模块进行解调可以得出相应的干涉信息， 进一步得出待测样品的折射率。
[0007] 与现有折射率测量装置相比，本发明具有如下优势：
[0008] (1)全光纤结构，代替了传统的光路的搭建，避免了复杂的光路搭建和调校过程， 并且可以抗电磁干扰，稳定性增加。
[0009] (2)运用光纤干涉测量原理，测量精度高，动态响应范围大。
[0010] (3)该光路设计可以抵消外接环境温度和振动的影响，提高了测量精度和抗干扰 能力。
[0011] (4)可以对液体和气体样本的折射率进行测量，测量样本种类多，折射率测量范围 大。
【附图说明】
[0012] 图1是光纤干涉测量折射率装置系统图。
[0013] 图2是样品池剖面图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1和图2所示，一种光纤干涉法测折射率的装置有激光器(1)、环形器(2)、光纤 准直器(3)、进样口（4)、法拉第旋镜(5)、出样口（6)、样品池(7)、光电探测器(8)和解调模块 (9)组成。
[0015] -种光纤干涉折射率测量装置，其整体结构如图1所示。半导体激光器发出的激光 经过光纤入射到环形器中，环形器又通过光纤将激光照射到样品池里面。样品池的前端是 光纤准直器，准直器内有10%反射90%透射的透镜。透镜可以将一部分入射光反射回光纤 内，一部分光经过准直器射入到样品池内。另外，准直器可以将光纤的入射光转换成平行光 射出，在样品池的后端装有法拉第旋镜。由准直器出射的平行光经过样品池后，在后端的法 拉第旋镜上发生反射。法拉第旋镜将入射光的偏振状态旋转90°出射，避免了在样品池内入 射光和反射光之间的干涉。使用时，首先将准直器调成水平，那么由准直器透射进入样品池 中的光经过后端的法拉第旋镜反射和又可以耦合到准直器中，样品池的反射光和准直器中 的反射光就会发生干涉现象。
[0016] 这里令连接环形器光纤的长度为h，样品池的长度为12。光纤折射率为m，样品池
内样品的折射率为n2对于准直器反射光的光程为 对于样品池反射光的光程为 I.
两路干涉光的光程差为 ， 涉的光程差只是和样品的折射率样品池的长度有关，和入射光纤的长度无关。那么对于外 界的振动干扰，温度变化都不会影响光程差的变化，使得装置整体稳定性提高，抗干扰能力 强。
[0017]使用时可以通过排样孔将样品池抽成真空，这时形成稳定的干涉条纹。之后将样 品通过注样孔注入到样品池中，注入样品后样品池中的折射率发生相应的变化，折射率从
真空n = l变化到n = n2,光程差也会有相应的变化 干涉条纹会出现移动。环形 '
器的另一端还接上了光电探测器，光电探测器可以将光信号转换为电信号传给解调模块， 进行解调算法运算，得出条纹变化的数量，通过公式： 得出相应样本的折射率。
【主权项】
1. 一种光纤干涉法测折射率的装置，包括激光器（1)、环形器(2)、光纤准直器(3)、进样 口（4)、法拉第旋镜(5)、出样口（6)、样品池(7)、光电探测器(8)和解调模块(9)，激光器输出 的激光经过环形器入射进样品池，样品池的前端有准直器，准直器中有反射/透射式透镜， 样品池的后端有法拉第旋镜，准直器的反射光和法拉第旋镜的反射光会发生干涉现象，环 形器的另一端接有光电探测器，可以将光信号转换为电信号再传到解调模块，进行解调后 得到相应的折射率数值。2. 根据权利要求1所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:激光器用于单 色性好的激光器，选择1550nm的半导体激光器。3. 根据权利要求2所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:激光器的波长 可以选择131〇11111、106411111、78〇111]1或65〇11111，还可以根据样品折射率的大小来选择合适波长范 围的激光器。4. 根据权利要求1所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:所述的样品池 (7)是由透明玻璃制成，长度为250mm，内径为10mm，外径20mm。5. 根据权利要求4所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:样品池可以根 据实际情况改为其他形状，如长方体。6. 根据权利要求1所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:样品池前端装 有准直器，准直仪中装有10%反射90%透射的透镜，样品池后端装有全反射镜。7. 根据权利要求6所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:准直器中的透 镜可以选择20%反射80%透射的透镜、30%反射70%透射的透镜，透光率可由不同的折射 率样品来进行选择。8. 根据权利要求1所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:样品池的后端 装有法拉第旋镜，可以将入射光的偏振状态旋转90°。9. 根据权利要求1所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:上位机应当采 用相关的解调算法，来得出相应的折射率的值。10. 根据权利要求1所述的一种光纤干涉法测折射率的装置，其特征在于:解调模块可 以连接PC机终端也可以连接嵌入式系统，作为便携式测量装置。
【文档编号】G01N21/45GK105866071SQ201610383317
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】陈建东, 高文智, 崔洪亮, 李亚
【申请人】吉林大学