CN101226101A - 一种光学玻璃应力光学系数测量仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学玻璃应力光学系数测量仪，包括探测光源和由四个反射镜组成的马赫一陈德尔干涉仪，干涉仪中设置有空心圆柱玻璃，空心圆柱玻璃的光轴与干涉仪的光轴重合，特点是空心圆柱玻璃的内表面贴设有金属导热管，金属导热管内设置有电热棒，空心圆柱玻璃外同轴套设有灌注冷却水的水冷腔，水冷腔上设置有进水嘴，空心圆柱玻璃的两端与水冷腔和金属导热管之间分别设置有密封圈；优点是可在玻璃样品形成稳态轴对称温度场，产生稳定的轴对称热应力，使各向同性玻璃样品具有单轴晶体的光学效应；当自然光通过时，径向和切向偏振光产生不同的干涉条纹，测量干涉条纹变化数，即获得玻璃样品的应力光学系数。

Description

一种光学玻璃应力光学系数测量仪及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种光学仪器，尤其是涉及一种光学玻璃应力光学系数测量仪及其测量方法。

背景技术

各向同性的光学玻璃，在温度变化时由于玻璃内部温度不均匀而产生热应变，玻璃呈现出单轴晶体的光学行为，对不同偏振方向的光的折射率不同，发生应力双折射现象，使光学系统产生新的象差。苏联和德国光学玻璃产品目录中给出了不同牌号光学玻璃的两个应力光学系数，而中国光学玻璃仍然是空白，光学玻璃国家标准中也没有列入这些参数，国内没有相应的测量仪器。1982年7月，光学学报报导了光学玻璃热光系数及其测量原理，1987年8月光学学报报导了热光系数仪，在这两篇报导中，给出了热光系数P、Q测量原理和仪器原理，但没有给出具体测量方法和和具体结构，而且热光系数P、Q只适用于激光器中，没有普遍意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光学玻璃产品更基本、更普遍的应力光学系数的测量仪及其测量方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光学玻璃应力光学系数测量仪，包括探测光源和由四个反射镜组成的马赫—陈德尔干涉仪，所述的干涉仪中设置有空心圆柱玻璃，所述的空心圆柱玻璃的光轴与所述的干涉仪的光轴重合，所述的空心圆柱玻璃的内表面贴设有金属导热管，所述的金属导热管内设置有电热棒，所述的空心圆柱玻璃外同轴套设有灌注冷却水的水冷腔，所述的水冷腔上设置有进水嘴，所述的空心圆柱玻璃的两端与所述的水冷腔和所述的金属导热管之间分别设置有密封圈。

所述的空心圆柱玻璃的两端面为光学平面，所述的两端面的平行度小于10秒。

所述的探测光源为He-Ne激光。

所述的金属导热管为紫铜管。

一种使用所述的光学玻璃应力光学系数测量仪的测量方法，它包括以下步骤：

(1)、开启水冷腔的阀门，注入冷却水，水温为T₂，稳定一段时间后，微调干涉仪，使玻璃棒的马赫—陈德尔干涉条纹为零场；

(2)、接通电热棒电源，设定加热温度为T₁，并设定温度程序控制器30℃/小时的升温速率，均匀加热空心圆柱玻璃内表面，到设定温度T₁后保温一段时间使空心圆柱玻璃达到热平衡；

(3)、测量径向、切向干涉条纹数目m_r、m_θ，精确到0.5条纹；

(4)、将测量得到的干涉条纹数m_r/m_θ、样品长度L、杨氏模量E、泊松比μ、热膨胀系数α、温差T₁-T₂和探测光波长λ＝0.6328μm代入公式 $C_1=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{{2m}_{\mathrm{\θ}}-m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 和公式 $C_2=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 得到待测玻璃的应力光学系数C₁和C₂。

上述的测量方法中，具体的步骤如下：

(1)、开启水冷腔的阀门，注入冷却水，水温为T₂，稳定15分钟后，微调干涉仪，使玻璃棒的马赫—陈德尔干涉条纹为零场；

(2)、接通电热棒电源，设定加热温度为T₁＝T₂+50℃，并设定温度程序控制器30℃/小时的升温速率，均匀加热空心圆柱玻璃内表面，到设定温度T₁后保温20分钟使空心圆柱玻璃达到热平衡；

(3)、测量径向、切向干涉条纹数目m_r、m_θ，精确到0.5条纹；

(4)、将测量得到的干涉条纹数m_r/m_θ、样品长度L、杨氏模量E、泊松比μ、热膨胀系数α、温差T₁-T₂和探测光波长λ＝0.6328μm代入公式 $C_1=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{{2m}_{\mathrm{\θ}}-m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 和公式 $C_2=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 得到待测玻璃的应力光学系数C₁和C₂。

与现有技术相比，本发明的优点是采用空心圆柱玻璃，圆柱玻璃内表面通过电热棒均匀加热到一定温度，在圆柱玻璃外表面用流水冷却，达到热平衡时在玻璃样品形成稳态轴对称温度场，产生稳定的轴对称热应力，使各向同性玻璃样品具有单轴晶体的光学效应；当自然光通过时，径向和切向偏振光产生不同的干涉条纹，测量干涉条纹变化数，即获得玻璃样品的应力光学系数；此外，采用紫铜管做金属导热管，导热速度快，整个测量仪结构简单，而且实现了玻璃应力光学系数的稳态测量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图所示，一种光学玻璃应力光学系数测量仪，包括作为探测光源的He-Ne激光8和由四个反射镜M₁、M₂、M₃、M₄组成的马赫—陈德尔干涉仪，干涉仪中设置有空心圆柱玻璃3，空心圆柱玻璃3的两端面为光学平面且两端面的平行度小于10秒，空心圆柱玻璃3的光轴与干涉仪的光轴重合，空心圆柱玻璃3的内表面贴设有紫铜管2，紫铜管2内设置有电热棒1，空心圆柱玻璃3外同轴套设有灌注冷却水4的水冷腔5，水冷腔5上一体设置有进水嘴6，空心圆柱玻璃3的两端与水冷腔5和紫铜管2之间分别设置有密封圈7。

一种使用上述测量仪的测量方法，它包括以下步骤：

(1)、开启水冷腔的阀门，注入冷却水，水温为T₂，稳定15分钟后，微调干涉仪，使玻璃棒的马赫—陈德尔干涉条纹为零场；

(2)、接通电热棒电源，设定加热温度为T₁＝T₂+50℃，并设定温度程序控制器30℃/小时的升温速率，均匀加热空心圆柱玻璃内表面，到设定温度T₁后保温20分钟使空心圆柱玻璃达到热平衡；

(3)、测量径向、切向干涉条纹数目m_r、m_θ，精确到0.5条纹；

(4)、将测量得到的干涉条纹数m_r/m_θ、样品长度L、杨氏模量E、泊松比μ、热膨胀系数α、温差T₁-T₂＝50℃和探测光波长λ＝0.6328μm代入公式 $C_1=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{{2m}_{\mathrm{\θ}}-m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 和公式 $C_2=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 得到待测玻璃的应力光学系数C₁和C₂。

Claims (6)

1.一种光学玻璃应力光学系数测量仪，包括探测光源和由四个反射镜组成的马赫—陈德尔干涉仪，所述的干涉仪中设置有空心圆柱玻璃，所述的空心圆柱玻璃的光轴与所述的干涉仪的光轴重合，其特征在于所述的空心圆柱玻璃的内表面贴设有金属导热管，所述的金属导热管内设置有电热棒，所述的空心圆柱玻璃外同轴套设有灌注冷却水的水冷腔，所述的水冷腔上设置有进水嘴，所述的空心圆柱玻璃的两端与所述的水冷腔和所述的金属导热管之间分别设置有密封圈。

2.如权利要求1所述的一种光学玻璃应力光学系数测量仪，其特征在于所述的空心圆柱玻璃的两端面为光学平面，所述的两端面的平行度小于10秒。

3.如权利要求1所述的一种光学玻璃应力光学系数测量仪，其特征在于所述的探测光源为He-Ne激光。

4.如权利要求1所述的一种光学玻璃应力光学系数测量仪，其特征在于所述的金属导热管为紫铜管。

5.一种使用权利要求1所述的光学玻璃应力光学系数测量仪的测量方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)、开启水冷腔的阀门，注入冷却水，水温为T₂，稳定一段时间后，微调干涉仪，使玻璃棒的马赫—陈德尔干涉条纹为零场；

(2)、接通电热棒电源，设定加热温度为T₁，并设定温度程序控制器30℃/小时的升温速率，均匀加热空心圆柱玻璃内表面，到设定温度T₁后保温一段时间使空心圆柱玻璃达到热平衡；

(3)、测量径向、切向干涉条纹数目m_r、m_θ，精确到0.5条纹；

(4)、将测量得到的干涉条纹数m_r/m_θ、样品长度L、杨氏模量E、泊松比μ、热膨胀系数α、温差T₁-T₂和探测光波长λ＝0.6328μm代入公式 $C_1=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{{2m}_{\mathrm{\θ}}-m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 和公式 $C_2=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 得到待测玻璃的应力光学系数C₁和C₂。

6.如权利要求5所述的一种测量方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)、开启水冷腔的阀门，注入冷却水，水温为T₂，稳定15分钟后，微调干涉仪，使玻璃棒的马赫—陈德尔干涉条纹为零场；

(2)、接通电热棒电源，设定加热温度为T₁＝T₂+50℃，并设定温度程序控制器30℃/小时的升温速率，均匀加热空心圆柱玻璃内表面，到设定温度T₁后保温20分钟使空心圆柱玻璃达到热平衡；

(3)、测量径向、切向干涉条纹数目m_r、m_θ，精确到0.5条纹；

(4)、将测量得到的干涉条纹数m_r/m_θ、样品长度L、杨氏模量E、泊松比μ、热膨胀系数α、温差T₁-T₂和探测光波长λ＝0.6328μm代入公式 $C_1=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{{2m}_{\mathrm{\θ}}-m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 和公式 $C_2=\frac{1-\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\αE}}\·[\mathrm{\β}-\frac{m_r}{L(T_1-T_2)}\mathrm{\λ}]$ 得到待测玻璃的应力光学系数C₁和C₂。

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