CN102221538A - 一种红外玻璃光损耗系数测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外玻璃光损耗系数测量装置及测量方法，包括顺序排列的红外光源、准直镜、小孔光栏、第一样品架和第一激光功率计，特点是小孔光栏与第一样品架之间设置有半透半反镜和长焦距透镜，第一样品架与第一激光功率计之间设置有汇聚透镜，长焦距透镜和汇聚透镜的焦点重合，半透半反镜的反射方向上设置有第二样品架和第二激光功率计，第一激光功率计和第二激光功率计分别与数据采集器的输入端连接，数据采集器的输出端与控制计算机连接，控制计算机与红外光源连接，待测红外玻璃样品和参考玻璃样品分别置于第一样品架和第二样品架上，通过测量信号光强与参考光强之比，即可实现对红外玻璃光损耗系数的精确测量，准确性高。

Description

一种红外玻璃光损耗系数测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种红外玻璃光损耗系数测量技术，尤其是涉及一种红外玻璃光损耗系数测量装置和测量方法。

背景技术

红外玻璃能透过宽光谱不可见光，不能透过可见光，具有较小的热差系数和较高的折射率，能与Ge、ZnSe等镜片构成消色差镜头，另外，红外玻璃适合精密模压，其生产成本较低；目前红外玻璃已广泛应用于枪瞄、导航、星际生命探测、车载夜视等需要红外热成像的领域。但是随着科技的快速发展，各应用领域对红外玻璃的质量要求也日益提高。在热像领域，红外玻璃主要作为通光窗口应用，为了获得清晰的热像，除了要求红外玻璃具有良好的光学均匀性和较小的残余应力外，还要求红外玻璃具有较小的光损耗系数。

普通光学玻璃国家标准中规定了玻璃的光损耗系数的测量方法和相应的级别标准，但是实行这些测量方法的前提是玻璃能够透过可见光。由于红外玻璃不透可见光，使用上述测量方法测量红外玻璃光损耗系数需要克服很多问题，给测量带来很大困难；另外由于红外玻璃具有较高的折射率，容易导致内表面多次反射和产生较大像移，使测量结果产生很大的误差，甚至会出现负损耗的谬误。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种误差小、精度高的红外玻璃光损耗系数测量装置及测量方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种红外玻璃光损耗系数测量装置，包括顺序排列的红外光源、准直镜、小孔光栏、第一样品架和第一激光功率计，所述的小孔光栏与所述的第一样品架之间设置有半透半反镜和设置在所述的半透半反镜的透射方向上长焦距透镜，所述的第一样品架与所述的第一激光功率计之间设置有汇聚透镜，所述的长焦距透镜和所述的汇聚透镜的焦点重合，所述的半透半反镜的反射方向上设置有第二样品架和第二激光功率计，所述的第一激光功率计和第二激光功率计分别与数据采集器的输入端连接，所述的数据采集器的输出端与控制计算机连接，所述的控制计算机与所述的红外光源连接。

使用上述测量装置的红外玻璃光损耗系数的测量方法，它包括以下步骤：

(1)、调节红外光源、准直镜、小孔光栏、半透半反镜、长焦距透镜和汇聚透镜，使其中心高度相等且同轴；

(2)、调节半透半反镜的偏转角度，使透射的信号光束和反射的参考光束的信号光强之比为1；

(3)、将待测红外玻璃样品放置在第一样品架上，将参考玻璃样品放置在第二样品架上，其中待测红外玻璃样品的厚度大于参考玻璃样品的厚度，参考玻璃样品的厚度为2～3mm，沿光线入射方向调节待测红外玻璃样品，使其中心处于长焦距透镜和汇聚透镜的焦点处；

(4)、通过第一激光功率计和第二激光功率计分别接收测红外玻璃样品和参考玻璃样品输出的光强信号并转化为数字电信号；

(5)、利用数据采集系统采集第一激光功率计和第二激光功率计输出的数据并传输给控制计算机，得到通过待测红外玻璃样品的信号光强与通过参考玻璃样品的参考光强之比，记为相对透过率T，

(6)、利用公式：

计算得到光损耗系数δ，式中Δd为待测红外玻璃样品与参考玻璃样品厚度差，单位为cm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过设置的长焦距透镜和汇聚透镜的焦点重合，并将待测红外玻璃样品的中心与其焦点重合，并且增加参考玻璃样品光路，分别测量通过待测红外玻璃样品和参考玻璃样品的信号，计算其相对透过率，直接得到玻璃的损耗系数，避免了待测红外玻璃样品内表面多次反射的影响，用长焦距透镜将光束聚焦到待测红外玻璃样品中心，再通过汇聚透镜发射出去，减小像移对测量的影响，实现了红外玻璃光损耗系数的测量，且提高了测得的光损耗系数的精度和准确性。

附图说明

图1为本发明测量装置的结构示意图。

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1所示，一种红外玻璃光损耗系数测量装置，包括顺序排列的红外光源1、准直镜2、小孔光栏3、半透半反镜4、长焦距透镜5、第一样品架(图未显示)、汇聚透镜7、第一激光功率计8、第二样品架(图未显示)、第二激光功率计9、数据采集器10和控制计算机12，长焦距透镜5和汇聚透镜7的焦点重合，长焦距透镜5、第一样品架、汇聚透镜7和第一激光功率计8设置在半透半反镜的透射方向上，第二样品架和第二激光功率计9设置在半透半反镜4的反射方向上，第一激光功率计8和第二激光功率计9分别与数据采集器10的输入端连接，数据采集器10的输出端与控制计算机12连接，控制计算机12连接红外光源1。

以下结合图1，对使用本发明的上述测量装置测量红外玻璃光损耗系数的方法具体介绍如下：

待测红外玻璃样品6为硫系玻璃，红外光源1选用硫系玻璃通光窗口上的单色光，硫系玻璃的通光窗口为0.8～17μm，因此红外光源1选择波长为10.6μm的具有TEM₀₀模的CO₂激光器，准直镜2是红外准直扩束望远镜，红外光源1和准直镜2分别安装在可平移和俯仰方位调节的四维光学微调架上，小孔光栏3安装在可平移调节的二维微调架上，第一样品架为上下左右俯仰方位可调的四维光学微调架，第二样品架为俯仰方位可调的二维光学微调架，汇聚透镜7的孔径为5cm，长焦距透镜5的焦距为20cm，激光功率计8和9接收面积的直径为5mm，分别安装在可平移的二维光学微调架上。

待测红外玻璃样品6长度为10mm，参考玻璃样品11为硫系玻璃，其厚度为3mm，在放入待测红外玻璃样品6和参考玻璃样品11之前，调节所有的光学元件，使其中心高度相等且同轴，并使长焦距透镜5和汇聚透镜7的焦点重合；接着调节半透半反镜4的偏转角度，使透射的信号光束和反射的参考光束的信号光强之比为1；将待测红外玻璃样品6放置在第一样品架上，将参考玻璃样品11放置在第二样品架上，沿光线入射方向调节待测红外玻璃样品6，使其中心(即d/2处)与长焦距透镜5和汇聚透镜7的焦点重合；透射的信号光束通过待测红外玻璃样品6后入射到第一激光功率计8上，反射的参考光束通过参考玻璃样品11后入射到第二激光功率计9上，第一激光功率计8和第二激光功率计9将接收到的光强信号转化为数字电信号，通过数据采集器10将数字电信号传输到控制计算机12进行数据处理，可以得到通过待测红外玻璃样品6的信号光强与通过参考玻璃样品11的参考光强之比，记为相对透过率T，根据公式

${\mathrm{\δ}}_{10.6\mathrm{\μm}}=\frac{1}{\mathrm{\Δd}}\ln T_{10.6\mathrm{\μm}}$

可以计算得出待测红外玻璃样品6的光损耗系数，其中δ为光损耗系数，Δd为待测红外玻璃样品6与参考玻璃样品11厚度差，单位为cm。

上述实施例中的各种光学调整架、第一样品架和第二样品架均可以使用本技术领域的成熟产品。

Claims (2)

1.一种红外玻璃光损耗系数测量装置，包括顺序排列的红外光源、准直镜、小孔光栏、第一样品架和第一激光功率计，其特征在于所述的小孔光栏与所述的第一样品架之间设置有半透半反镜和设置在所述的半透半反镜的透射方向上长焦距透镜，所述的第一样品架与所述的第一激光功率计之间设置有汇聚透镜，所述的长焦距透镜和所述的汇聚透镜的焦点重合，所述的半透半反镜的反射方向上设置有第二样品架和第二激光功率计，所述的第一激光功率计和第二激光功率计分别与数据采集器的输入端连接，所述的数据采集器的输出端与控制计算机连接，所述的控制计算机与所述的红外光源连接。

2.一种使用权利要求1所述的测量装置的红外玻璃光损耗系数的测量方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)、调节红外光源、准直镜、小孔光栏、半透半反镜、长焦距透镜和汇聚透镜，使其中心高度相等且同轴；

(2)、调节半透半反镜的偏转角度，使透射的信号光束和反射的参考光束的信号光强之比为1；

(3)、将待测红外玻璃样品放置在第一样品架上，将参考玻璃样品放置在第二样品架上，其中待测红外玻璃样品的厚度大于参考玻璃样品的厚度，参考玻璃样品的厚度为2～3mm，沿光线入射方向调节待测红外玻璃样品，使其中心处于长焦距透镜和汇聚透镜的焦点处；

(4)、通过第一激光功率计和第二激光功率计分别接收测红外玻璃样品和参考玻璃样品输出的光强信号并转化为数字电信号；

(5)、利用数据采集系统采集第一激光功率计和第二激光功率计输出的数据并传输给控制计算机，得到通过待测红外玻璃样品的信号光强与通过参考玻璃样品的参考光强之比，记为相对透过率T；

(6)、利用公式：

计算得到光损耗系数δ，式中Δd为待测红外玻璃样品与参考玻璃样品厚度差，单位为cm。

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