论文摘要
光学检测是研究物质性质的一种重要手段,一方面由于激光的产生和光电器件的快速发展：另一方面由于光学检测手段具有非接触,无损伤,和实时等优点,而使得研究该领域具有十分重要的意义。通过研究光在介质的界面上所产生一些特殊的光学效应,如光在介质表面的反射,折射,衍射等现象,来测量物质的折射率,表面张力,衰减系数等参数。利用介质的这些光学效应及效应与介质特性之间的关系,可以建立探测这些特性的方法,这些方法对测量介质的特性有着广泛的应用前景。光学检测被广泛用于固体和液体的表面测量领域,如测量固体表面的粗糙度,表面形貌和表面瑕疵等,而对于液体的测量大致可分为两类,静态液面和动态液面。动态表面检测常用光学方法来检测液体表面运动的规律,进而给出与表面特性有关的物理参数。例如用液体表面波对光的衍射、干涉等效应来检测液体表面物理参数。静态表面检测常用静态液体表面对光的反射和折射等效应,通过光的强度分布以及光强度与液体物理参量之间的关系来研究液体的性质。本文观察到了介质表面的光学遮光效应,并得到遮光半径和折射率的之间的解析关系,在此基础上建立了测量液体折射率的一种新方法。该方法不仅对介质的光学效应的现象,机理和规律的研究具有十分重要的意义,而且对实现折射率的实时检测有着广泛的应用价值。本文研究的主要内容和结论如下：1.综述了近年来介质表面检测的光学方法及其进展,分析了各种光学手段探测液体表面特性的优劣。2.用白光作为光源,得到了透明固体材料与液体薄膜的遮光图样,与文献报道的激光光源相比,白光光源的遮光图样更加清晰,且无激光散斑效应。3.观察到固体的折光效应,研究了透明固体光学材料和集成固体光学材料的遮光效应,拍摄到两种材料的光学图样。对于透明固体光学材料,其遮光图样中心是一个光强极强的区域,该区域的外部仍然是一个亮区,形状为圆形。对于集成固体光学材料的遮光图样中心也是一个光强极强的区域,而中心亮区外围是一环状暗区。分析了导致遮光图样差异的原因,同时给出了遮光半径与固体折射率之间的解析关系。4.观察到液体的遮光效应,拍摄到了液体的遮光图样。其中心是一个光强极强的区域,而中心亮区外围是一个环状暗区。同时给出了液体遮光半径与液体折射率的解析关系。在此基础上建立了一种测量液体折射率和溶液浓度的新方法。5.观察到液体薄膜的遮光效应,拍摄到液体薄膜的遮光图样。其中心是一个光强极强的区域,该区域的外部为两个同心的环状暗区,两环转暗区之间是一个环状亮区,且亮暗边界十分清晰。讨论了液体薄膜遮光图样产生的必要与充分条件,给出了液体薄膜遮光半径与液体折射率的解析关系,利用遮光半径与折射率之间的解析关系建立了测量用的仪器装置。该装置设备简单,稳定性高,操作方便。且实验用液体样品量少,并可实现对液体折射率的实时、全自动化测量。6.在遮光半径的实际测量中,采用了两种方法。其一为读数系统直接测量法；其二是CCD系统扫描测量法。采用这两种方法的测量结果相吻合,前一种方法精度较高,但是不能实现自动化,而后一种方法刚好相反。