izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-3-28-32izmertech-1517Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSОценка погрешностей измерений показателя преломления модифицированными методами призмыAccuracy analysis of the refractive index measurements by modifed prism methodshttps://orcid.org/0000-0002-6401-5530ЮринА. И.YurinA. I.

Александр Игоревич Юрин

Москва

Alexander I. Yurin

Moscow

ayurin@hse.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0237-4738ВишняковГ. Н.VishnyakovG. N.

Геннадий Николаевич Вишняков

Москва

Gennady N. Vishnyakov

Moscow

vish@vniiofi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4356-301XМинаевВ. Л.MinaevV. L.

Владимир Леонидович Минаев

Москва

Vladimir L. Minaev

Moscow

minaev@vniiofi.ruНациональный исследовательский университет «Высшая школа экономики»; Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измеренийРоссияHSE University; All-Russian Research Institute for Optical and Physical MeasurementsRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений; Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)РоссияAll-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements; Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202314042023032832Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1517

Исследованы гониометрические методы измерений показателя преломления оптически прозрачных материалов, основанные на преломлении света треугольной прямой призмой. Рассмотрены модифицированный метод наименьшего отклонения и три модификации метода постоянного отклонения, позволяющие определять показатель преломления треугольных призм с неизвестными преломляющими углами. Согласно модифицированным методам призмы углы отклонения света измеряют с помощью гониометра, а показатель преломления материала и преломляющие углы определяют из решения систем уравнений. Таким образом, отпадает необходимость предварительного измерения углов призмы, требующего применения специальных автоколлимационных гониометров. Кроме того, в модифицированных методах призмы не используется излучение, отражённое от граней призмы, что позволяет расширить спектральный диапазон измерения показателя преломления на инфракрасную и ультрафиолетовую области. Проведена сравнительная оценка погрешностей измерений показателя преломления рассмотренными методами на примере призмы с показателем преломления 1,5 и преломляющим углом 60°. Показано, что модифицированный метод наименьшего отклонения имеет наименьшую погрешность среди всех методов призмы, поэтому его можно рекомендовать для высокоточных измерений показателя преломления в тех случаях, когда преломляющие углы призмы неизвестны или их измерение связано с техническими трудностями. Рассмотренные модифицированные методы можно применять для измерения показателя преломления треугольных призм, изготовленных из оптически прозрачных материалов, а также жидкостей, залитых в полые призмы с плоскопараллельными прозрачными окнами. Практическая реализация подобных методов полезна в оптической, химической и пищевой промышленности для контроля состава и свойств оптически прозрачных веществ.

Goniometric methods of measuring the refractive index of optically transparent materials based on the refraction of light by a triangular prism are considered. Modified method of the minimum deviation and 3 modified constant deviation methods are considered, which allows determining the refractive index of triangular prisms with unknown apex angles. According to modified methods, the angles of light deviation by a prism are measured with goniometer, and the refractive index of the material and the prism angles are determined from solving the systems of equations. Thus, there is no need for preliminary measurement of the prism angles, which requires the use of special autocollimation goniometers. In addition, the modified methods do not use radiation reflected from the faces of the prism, which makes it possible to extend the spectral range of measurement of the refractive index to the infrared and ultraviolet regions. A comparative accuracy analysis of the considered methods for a prism with a refractive index of 1.5 and an angle of 60° as example is carried out. It is shown that the modified methods can be used for high-precision measurements of the refractive index in cases if the apex angles of the prism are unknown or their measurement is associated with technical difficulties. The considered methods can be used to measure the refractive index of triangular prisms made of optically transparent materials, as well as liquids poured into hollow prisms with plane-parallel transparent windows. The practical implementation of such a methods can be useful in the optical, chemical and food industries to control the composition and properties of optically transparent substances.

показатель преломлениягониометрметод призмыпогрешность измеренийrefractive indexgoniometerprism methodsmeasurements accuracyReferencesKuiper M., Van de Nes A., Nieuwland R., Varga Z., Van der Pol E. American Journal of Reproductive Immunology, 2021, no. 85(2), e13350. https://doi.org/10.1111/aji.13350Kuiper M., Van de Nes A., Nieuwland R., Varga Z., Van der Pol E. American Journal of Reproductive Immunology, 2021, no. 85(2), e13350. https://doi.org/10.1111/aji.13350Oti W. IOSR Journal of Applied Chemistry, 2016, vol. 9, pp. 89–91. https://doi.org/10.9790/5736-0907018991Oti W. IOSR Journal of Applied Chemistry, 2016, vol. 9, pp. 89–91. https://doi.org/10.9790/5736-0907018991A. Shehadeh, A. Evangelou, D. Kechagia, P. Tataridis, A. Chatzilazarou, F. Shehadeh. Food Chemistry, 2020, vol. 329, 127085. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127085A. Shehadeh, A. Evangelou, D. Kechagia, P. Tataridis, A. Chatzilazarou, F. Shehadeh. Food Chemistry, 2020, vol. 329, 127085. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127085Xu M., Shao S., Weng N., Zhou L., Liu Q., Zhao Y. Applied Sciences, 2021, vol. 11(22), 10548. https://doi.org/10.3390/app112210548Xu M., Shao S., Weng N., Zhou L., Liu Q., Zhao Y. Applied Sciences, 2021, vol. 11(22), 10548. https://doi.org/10.3390/app112210548Nitta T., Sekimoto Y., Hasebe T., Noda K., Sekiguchi S., Nagai M., Hattori S., Murayama Y., Matsuo H., Dominjon A., Shan W., Naruse M., Kuno N., Nakai N. Journal of Low Temperature Physics, 2018, vol. 193, pp. 976–983. https://doi.org/10.1007/s10909-018-2047-4Nitta T., Sekimoto Y., Hasebe T., Noda K., Sekiguchi S., Nagai M., Hattori S., Murayama Y., Matsuo H., Dominjon A., Shan W., Naruse M., Kuno N., Nakai N. Journal of Low Temperature Physics, 2018, vol. 193, pp. 976–983. https://doi.org/10.1007/s10909-018-2047-4Конопелько Л. А. Рефрактометрические методы в физико-химических измерениях. М.: Триумф, 2020. 208 с.Konopel’ko L. A. Refraktometricheskie metody v fiziko-khimicheskikh izmereniyakh. Moscow, Triumph Publ., 2020, 224 p. (in Russ.)Astrua M., Pisani M. Measurement Science and Technology, 2009, vol. 20, no. 9, 095305. https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/9/095305Astrua M., Pisani M. Measurement Science and Technology, 2009, vol. 20, no. 9, 095305. https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/9/095305Лейкин М. В., Молочников Б. И., Морозов В. Н., Шакарян Э. С. Отражательная рефрактометрия. Л.: Машиностроение, 1983. 223 с.Leikin M. V., Molochnikov B. I., Morozov V. N., Shakaryan E. S. Otrazhatelnaya refraktometriya. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1983, 224 p. (in Russ.)Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии. Л.: Химия, 1974, 350 c.Ioffe B. V. Refractometric Methods in Chemistry. Leningrad, Khimiya Publ., 1974, 350 p. (in Russ.)Борн M., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Пер. с англ. М.: Наука, 1973, 721 c.Born M., Wolf E. Principles of optics. Electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. 4th ed., Pergamon Press, Oxford, New York, 1969, 808 p.Королев А. Н., Гарцуев А. И., Полищук Г. С., Трегуб В. П. Цифровой автоколлиматор // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 10. С. 42–47. https://doi.org/10.1364/JOT.76.000624Korolev A. N., Gartsuyev A. I., Polishchuk G. S., Tregub V. P. Journal of Optical Technology, 2009, vol. 76, no. 10, pp. 624–628. https://doi.org/10.1364/JOT.76.000624Юрин А. И., Вишняков Г. Н., Минаев В. Л. Измерение показателя преломления с помощью гониометрической системы // Оптика и спектроскопия. 2022. Т. 130. № 12. С. 1899–1903. https://doi.org/10.21883/OS.2022.12.54098.4103-22Yurin A. I., Vishnyakov G. N., Minayev V. L. Optics and Spectroscopy, 2022, vol. 130, no. 12., pp. 1899–1903 (In Russ.) https://doi.org/10.21883/OS.2022.12.54098.4103-22Юрин А. И., Вишняков Г. Н., Минаев В. Л. Измерение показателя преломления с помощью модифицированного метода постоянного отклонения // Измерительная техника. 2022. № 12. С. 35–39. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-35-39Yurin A. I., Vishnyakov G. N., Minayev V. L. Measurement of the refractive index using a modifi ed constant deviation method. Izmeritel’naya Tekhnika, 2022, no. 12, pp. 35–39 (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-12-35-39Юрин А. И., Вишняков Г. Н., Минаев В. Л. Измерение показателя преломления с помощью модифицированного метода призмы // Измерительная техника. 2023. № 2. C. 19–23. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-2-19-23Yurin A. I., Vishnyakov G. N., Minayev V. L. Measurement of the refractive index using a modified prism method. Izmeritel’naya Tekhnika, 2023, no. 2, pp. 19–23 (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-2-19-23Tilton L. W., Prism Refractometry and Certain Goniometrical Requirements for Precision (Classic Reprint). Forgotten Books, 2017.Tilton L. W., Prism Refractometry and Certain Goniometrical Requirements for Precision (Classic Reprint). Forgotten Books, 2017.Tentori-Santa-Cruz D., Lerma J. R. Optical Engineering, 1990, vol. 29, no. 2, pp. 160–168. https://doi.org/10.1117/12.55573Tentori-Santa-Cruz D., Lerma J. R. Optical Engineering, 1990, vol. 29, no. 2, pp. 160–168. https://doi.org/10.1117/12.55573Вишняков Г. Н., Корнышева С. В. Влияние качества изготовления оптических элементов на точность измерения показателя преломления гониометрическим методом // Метрология. 2011. № 12. С. 10–18. https://doi.org/10.1007/s11018-012-9898-xVishnyakov G. N., Kornysheva S. V. Measurement Techniques, 2012, vol. 54, no. 12, pp. 1372–1377. https://doi.org/10.1007/s11018-012-9898-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.