光纤传感式材料折射仪

　　1引言

　　折射率是表征各种材料咆括宝石)光学性质的重要参数。折射率仪是测量该参数的常用仪器，它在有关宝石的商贸、教学、科研和鉴定中起着十分重要的作用。传统折射率仪都基于全反射原理设计制作川，使用中存在着测量范围小(n<1.81)、需要接触有毒溶液(二碘甲烷等)、判读不便等缺点。前几年，国内外已有一种新型的折射率仪问世，它基于菲涅尔原理，通过材料表面反射率的方法求得折射率值。它以测量范围宽(n可达2.990)[2]，操作判读容易、无需有毒溶液等优点而受到人们的注意。但也因其线性范围小(模拟信号处理)、稳定性差等因素在应用上受到制约。而光纤技术、数字处理技术在此类折射仪上的应用，较好地改善了这些弱点，而工艺、结构上的独特制作，使得我们研制这一新型折射仪在使用中显示了优良的性能。

　　2工作原理与仪器结构

　　根据菲涅尔公式，如果宝石材料表面抛光为理想状态，则基反射率双主要取决于材料的折射率n

式中，n为宝石的折射率

　　N为宝石周围介质的折射率，周围介质如为空气，则N=1。

　　如果用一块折射率为n0的宝石在折射仪上进行定标，并测得该宝石的反射系数R、，然后再对被测样品进行测量也可得到一个反射系数为Rt，则利用下式:

　　则可获得被测样品的折射率n。

　　我们研制的折射仪结构框图见图1：

　　由驱动电路点燃的近红外LED发射的准单色光由光纤藕合到光纤分路器的一端，并由光纤分路器的另一端输出，通过光纤探头射向被测样品的表面;从样品表面反射的光从原路返回至光纤分路器，并从光纤分路器的另一端祸合至光纤探测器(P功。PD的信号经放大送至cPu作数字化处理，最终以峰值保持的形式在液晶显示器上读出。

　　3关键技术

　　1）.光纤技术及光纤器件的采用。在折射仪这类光学仪器中，光路全由光纤和光纤器件完成，实现了无传统光学元件(如透镜、棱镜、分光镜、反射镜等)的光路安排，我们将其称为“软光路”化。

　　2）光纤探头的特殊设计和加工工艺。它保证了菲涅尔公式在本仪器中的正确应用，此项设计已获实用新型专利。

　　3）.CPU及峰值保持电路的应用。cPu的应用实现了菲涅尔公式数字化的精确演算，解决了模拟信号中由于拟合近似造成的非线性问题，达到扩大该仪器测量的范围目的。同时，峰值保持电路的应用为方便地获得测量结果提供了条件，因为样品的n值总与测得的峰值最趋近。

　　4性能特点

　　1）.测量范围大。n为140一大于3.00，实测硅单晶片的n值为3.672(940nm)。