Оценка погрешностей измерений показателя преломления модифицированными методами призмы

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.

1. Kuiper 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.13350

2. Oti W. IOSR Journal of Applied Chemistry, 2016, vol. 9, pp. 89–91. https://doi.org/10.9790/5736-0907018991

3. A. Shehadeh, A. Evangelou, D. Kechagia, P. Tataridis, A. Chatzilazarou, F. Shehadeh. Food Chemistry, 2020, vol. 329, 127085. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127085

4. Xu M., Shao S., Weng N., Zhou L., Liu Q., Zhao Y. Applied Sciences, 2021, vol. 11(22), 10548. https://doi.org/10.3390/app112210548

5. Nitta 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/s10909-018-2047-4

6. Конопелько Л. А. Рефрактометрические методы в физико-химических измерениях. М.: Триумф, 2020. 208 с.

7. Astrua M., Pisani M. Measurement Science and Technology, 2009, vol. 20, no. 9, 095305. https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/9/095305

8. Лейкин М. В., Молочников Б. И., Морозов В. Н., Шакарян Э. С. Отражательная рефрактометрия. Л.: Машиностроение, 1983. 223 с.

9. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии. Л.: Химия, 1974, 350 c.

10. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Пер. с англ. М.: Наука, 1973, 721 c.

11. 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.76.000624

12. Юрин 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.2022.12.54098.4103-22

13. Юрин 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.2022-12-35-39

14. Юрин 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.2023-2-19-23

15. Tilton L. W., Prism Refractometry and Certain Goniometrical Requirements for Precision (Classic Reprint). Forgotten Books, 2017.

16. Tentori-Santa-Cruz D., Lerma J. R. Optical Engineering, 1990, vol. 29, no. 2, pp. 160–168. https://doi.org/10.1117/12.55573

17. Вишняков 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-x