专利名称：折射率测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光学测量技术领域的装置，具体是一种基于光纤端面后向反
射法的折射率测量装置。
背景技术：
流体折射率测量对于医药，化工，食品以及科研方面等领域有很广泛的应用。近几 十年来测量流体折射率的方法主要分为两类折射技术和反射技术。折射率计被广泛应用 于折射率的测量，其主要是基于光的折射原理，但是折射率计只能测量透明流体的折射率， 而且测量折射率有一定的范围限制。当待测量流体是半透明、非透明状态或是强烈吸收性 的流体时，只能用光的反射原理来测量。 经过对现有技术的检索发现，2002年，Yang等人在Appl. Phys. Lett (应用物理快 报)上发表了"Magnetically-modulated refractive index of magnetic fluid films，，， (磁流体薄膜磁性调制的折射率)，该文中提出了用全反技术实现流体折射率的测量，但是 其技术要求精密苛刻的光学仪器以及很好的准直性，很难在实际中有太多的应用。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种折射率测量装置，该装置不需要
进行复杂的光路调节，易于操作。同时，该发明对流体折射率没有限制，且具有很高的精度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括光源输出装置、耦合器、环形器、
探测装置、存储装置以及样品池，其中光源输出装置的输出端与耦合器相连接，耦合器的
输出端分别与探测装置的第一输入端和环形器相连接，环形器的输出端分别与探测装置的
第二输入端及样品池相连接，探测装置的输出端与存储装置相连接。
所述的光源输出装置为通信C波段可调谐激光器。
所述的耦合器为通信C波段耦合器。 所述的环形器为通信C波段环形器。 所述的探测装置为通信C波段光功率计。 本发明通过以下方式实现折射率的测量 第一步、校准过程将光纤端面直接浸泡在待测流体中，由于折射率测量装置存在 本征反射，具体为
<formula>formula see original document page 3</formula> <formula>formula see original document page 3</formula> 其中P。是本征反射功率，P工和P2分别是当光纤端面分别浸泡在第一种和第二种流体的反射功率，&和n2分别是第一种和第二种流体的折射率。 第二步、测量光纤后向端面浸在待测流体中的反射功率，通过公式(1)推导可以 得待测流体的折射率公式
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(3) 其中Pf是光纤端面浸泡在待测流体中时测量的反射功率，nf，rif。分别是待测液体 和光纤的折射率。 第三步、通过公式2推导可得待测流体的折射率标准差公式
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^^,和o if分别是测量所得待测流体功率和流体折射率的标准差。 与现有技术相比，本发明的优点在于可测量任意性质的流体透明、半透明及非透
明流体。而且本发明不存在测量折射率上限的问题，结构简单，成本低，易于操作,


图1为本发明结构示意图,
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 如图1所示，本实施例包括光源输出装置1、耦合器2、环形器3、样品池4，探测装 置5以及存储装置6，其中光源输出装置1的输出端与耦合器2相连接，耦合器2的输出 端分别与探测装置5的第一输入端和环形器3相连接，环形器3的输出端分别与探测装置 5的第二输入端及样品池4相连接，探测装置5的输出端与存储装置6相连接。
所述的光源输出装置1为功率3mW，中心波长1550nm可调谐激光器；
所述的耦合器2为中心波长为通信波长1550nm的1X2的耦合器；
所述的环形器3为中心波长为通信波长1550nm的环形器；
所述的样品池4内盛装的是蔗糖溶液，通过改变去离子和蔗糖的质量比可以改变 蔗糖溶液的浓度； 所述的探测装置5为有两个探测输入端口通信C波段1550nm光功率计； 所述的存储装置6为个人计算机。 本实施例实施测量方法通过如下方式实现 第一步、首先通过测量光纤端面浸在空气和去离子水中时的反射功率进行校 准。本实施例中，通过空气和去离子水的Sellmeier方程可知，在室温为15。C，光源 输出装置的波长为1550nm时，空气和去离子水的折射率分别为n^ = 1.00027， nwatCT =1.3325。将光纤端面分别暴露在空气中以及浸入去离子水中，可测量得到P^ = 2. 0815X10—°5±0. 0002和Pwater = 0. 1430X 10—°5±0. 0001，利用公式1可计算出P。的值为 P。 = 7. 5569X10—°8±0. 0002。 第二步、通过环形器传输到光纤端面的光通过反射全部直接从环形器的另一个端
口输出，通过测量该端口的光功率，利用公式2可以确定流体的折射率。可以测量多组数
据，通过对探测装置的两个端口输入功率比值的计算，消除噪声如激光器不稳定性的影响。 第三步、通过实验数据可以得到所测量液体的折射率的误差。 本实施例中，采用浓度为2%的蔗糖溶液时，所测量的折射率为1. 3367±0. 0005，
计算得到测量的折射率标准差为5. 1X10—4，当溶液浓度分别为4%，6%，8%，10%时，所
得不同浓度的蔗糖溶液折射率分别为 1. 3380±0. 0007， 1. 3409±0. 0006， 1. 3437±0. 0007， 1. 3478±0. 0007，折射率标 准差分别为7. 0X10—4，6X10—4，7X10—4，7X10—4。
权利要求
一种折射率测量装置，包括光源输出装置、耦合器、环形器、探测装置、存储装置以及样品池，其特征在于光源输出装置的输出端与耦合器相连接，耦合器的输出端分别与探测装置的第一输入端和环形器相连接，环形器的输出端分别与探测装置的第二输入端及样品池相连接，探测装置的输出端与存储装置相连接。
2. 根据权利要求1所述的折射率测量装置，其特征是，所述的光源输出装置为通信C波 段可调谐激光器。
3. 根据权利要求1所述的折射率测量装置，其特征是，所述的耦合器为通信C波段耦合 器的1X2的耦合器。
4. 根据权利要求1所述的折射率测量装置，其特征是，所述的环形器为通信C波段环形器。
5. 根据权利要求1所述的折射率测量装置，其特征是，所述的探测装置为通信C波段光 功率计。
全文摘要
一种光学测量技术领域的折射率测量装置，包括光源输出装置、耦合器、环形器、探测装置、存储装置以及样品池，其中光源输出装置的输出端与耦合器相连接，耦合器的输出端分别与探测装置的第一输入端和环形器相连接，环形器的输出端分别与探测装置的第二输入端及样品池相连接，探测装置的输出端与存储装置相连接。本发明可测量任意性质的流体且不存在测量折射率上限的问题，结构简单，成本低，易于操作。
文档编号G01N21/41GK101750399SQ20101030012
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者田凌浩, 邵朵, 陈婧非, 陈险峰 申请人:上海交通大学