CN103776801A - 光学元件折射率的检测方法及其检测装置 - Google Patents

光学元件折射率的检测方法及其检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种针对小型光学元件折射率的非破坏性高精度的测试方法及其检测装置。光学元件折射率的检测方法，该方法包括以下步骤：1）光源发出的光经过准直透镜和光缝后，分别平行入射到第一样品池和第二样品池中，经会聚透镜会聚于柱面镜，在柱面镜后的观察管中看到上下两列干涉条纹；2）将被测的光学元件放入第一样品池中，上半部干涉条纹会相对下半部干涉条纹有移动；3）通过观察干涉条纹的移动情况，计算出干涉级次，通过公式运算得到被测的光学元件的折射率值。本发明利用瑞利干涉仪，建立一套新的测试方法，采用其双光束干涉精度高、结构简单、使用方便的特点，实现对小型或异型光学元件折射率的非破坏性高精度测试。

Description

光学元件折射率的检测方法及其检测装置
技术领域
本发明涉及一种光学元件折射率的检测，特别涉及一种对小型光学元件非破坏性折射率的检测方法及其检测装置。
背景技术
随着光学工业的发展，对各种小型的光学元件的要求不但数量大，而且质量要求也越来越高。光学元件的折射率参数是进行光学设计的基础，只有精确掌握光学材料折射率的可靠数据，才能根据要求完成高质量的设计工作。而对于光学元件材料研究制造者而言，确定所研究的光学元件材料的折射率性能指标是重要的基本内容，是进行材料评定的技术基础，也是生产定型的参考依据，因此，对光学元件折射率的精确测定是使用、研制光学元件的前提。
目前，对小型的光学元件的折射率测定方法主要有V棱镜折射仪法、阿贝折射仪法、油浸法等。前2种方法均要求被测试样是大于几毫米的块状试样,对于小型光学元件，要对其进行破坏，制成块状试样进行测试，往往制样较困难或不能制样，尤其是采用熔融制样后,材料的折射率会发生改变，如不快速急冷,则极易析晶，制样时会产生失透而根本无法测量折射率，所测得的折射率并不能代表光学元件本身的折射率。而油浸法受阿贝仪测量范围的限制以及人员经验判断的影响，对于小型光学元件折射率的测试范围非常有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对小型光学元件折射率的非破坏性高精度的测试方法及其检测装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学元件折射率的检测方法，该方法包括以下步骤：
1）在第一样品池和第二样品池中装有相同的等量的折射液，光源发出的光经过准直透镜和光缝后，分别平行入射到第一样品池和第二样品池中，入射光通过第一样品池和第二样品池以及第一补偿器和第二补偿器后，经会聚透镜会聚于柱面镜，在柱面镜后的观察管中看到上下两列干涉条纹，一列由光缝的上半部分两束光干涉形成，一列由光缝的下半部分两束光干涉形成，上、下半部分的光程差不变，干涉条纹固定不动，上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐；
2）将被测的光学元件放入第一样品池中，上半部干涉条纹会相对下半部干涉条纹有移动；
3）引起的光程差为：Δ=(n2-n1)L=Kλ
上式中：λ—光源波长；K—对应光程差的干涉级；L—被测的光学元件试样沿光轴方向的长度；n1—被测的光学元件的折射率；n2—样品池内折射液的折射率；
通过观察干涉条纹的移动情况，计算出干涉级次，代入上式中，得到被测的光学元件的折射率值n1。
进一步的，所述步骤3）为：当上半部干涉条纹相对下半部干涉条纹向上移动时，说明n1>n2，这时在第一样品池中加入高折射率的折射液；当上半部干涉条纹相对下半部干涉条纹向下移动时，说明n1<n2，这时在第一样品池中加入低折射率的折射液，慢慢滴加折射液并混匀，使第一样品池和第二样品池中的折射液均匀一致，同时观察干涉条纹，直到上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐为止，然后将样品池内的折射液取出，测试其对应干涉波长的折射率值，即得到被测光学元件的折射率值n1。
进一步的，步骤3）所述测试样品池内的折射液对应干涉波长的折射率值是采用V棱镜折光仪或测角仪测试。
进一步的，所述被测光学元件是异型光学元件。
进一步的，所述被测光学元件是形状尺寸规整的方形或圆形的小型光学元件。
进一步的，所述将被测的光学元件放入第一样品池中是通过第一样品池上的小孔将被测的光学元件放入第一样品池中。
光学元件折射率的检测装置，按光路依次为：光源、准直透镜、光缝、样品池、补偿器、会聚透镜、柱面镜和观察管，所述样品池包括第一样品池和第二样品池，所述补偿器包括第一补偿器和第二补偿器。
进一步的，在所述第一样品池上开有小孔。
进一步的，所述第一样品池和第二样品池是连通的。
本发明的有益效果是：本发明利用瑞利干涉仪，建立一套新的测试方法，采用其双光束干涉精度高、结构简单、使用方便的特点，实现对小型或异型光学元件折射率的非破坏性高精度测试。
附图说明
图1是本发明的检测光路图。
图2是本发明的另一种检测光路图。
具体实施方式
本发明利用瑞利干涉仪（Rayleigh interferometer），采用其双光束干涉精度高、结构简单、使用方便的特点，实现对小型或异型光学元件折射率的非破坏性高精度测试。
本发明的检测装置按光路依次为：光源1、准直透镜2、光缝3、样品池、补偿器、会聚透镜7、柱面镜8和观察管9，上述样品池包括第一样品池4和第二样品池5，上述补偿器包括第一补偿器10和第二补偿器11，在上述第一样品池4上开有小孔6。
图1所示为本发明针对形状尺寸规整的方形、圆形等小型光学元件进行折射率检测的光路图。
光源1发出的光经过准直透镜2和光缝3后，分别平行入射到第一样品池4和第二样品池5中，入射光通过第一样品池4和第二样品池5以及第一补偿器10和第二补偿器11后，经会聚透镜7会聚于柱面镜8，在柱面镜8后的观察管9中可以看到上下两列干涉条纹，一列由光缝3的上半部分两束光干涉形成；一列由光缝3的下半部分两束光干涉形成。
开始测试时，首先在第一样品池4和第二样品池5中都装有相同的等量的折射液，光通过样品池不发生光程差，上、下半部分的光程差不变，干涉条纹固定不动，这样在干涉仪中下半部干涉条纹就是上半部干涉条纹的固定标记，上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐。
然后将被测的光学元件从小孔6放入第一样品池4中，由于被测的光学元件的折射率n1与样品池内折射液的折射率n2有差异，引起的光程差为：
Δ=(n2-n1)L=Kλ.....................（1）
（1）式中：
λ—光源波长；
K—对应光程差的干涉级；
L—被测的光学元件沿光轴方向的长度。
上半部干涉条纹会相对下半部干涉条纹有移动，通过观察干涉条纹的移动情况，计算出干涉级次，代入式（1），得到被测的光学元件的折射率值n1，从而实现对小型光学元件进行折射率的测试。
图2是对一般任意外型尺寸的异型光学元件进行折射率检测的光路图。不同的是，图2中第一样品池4和第二样品池5是连通的。
开始测试时，首先在第一样品池4和第二样品池5中都装有相同的等量的折射液，光通过样品池不发生光程差，上、下半部分的光程差不变，干涉条纹固定不动，这样在干涉仪中下半部干涉条纹就是上半部干涉条纹的固定标记，上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐。
然后将被测的光学元件从小孔6放入第一样品池4中，由于被测的光学元件的折射率n1与样品池内折射液的折射率n2有差异，上半部干涉条纹会相对下半部干涉条纹有移动。当上半部干涉条纹相对下半部干涉条纹向上移动时，说明n1>n2；当上半部干涉条纹相对下半部干涉条纹向下移动时，说明n1<n2。
当n1>n2时，在第一样品池4中加入高折射率的折射液，慢慢滴加折射液并混匀，使第一样品池4和第二样品池5中的折射液均匀一致，同时观察干涉条纹，直到上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐为止。然后，将此时样品池内的折射液取出，用V棱镜折光仪或测角仪测试其对应干涉波长的折射率值，即得到被测小型异型光学元件的折射率值。
当n1<n2时，在第一样品池4中加入低折射率的折射液，同样，慢慢滴加折射液并混匀，使第一样品池4和第二样品池5中的折射液均匀一致，同时观察干涉条纹，直到上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐为止。然后，将此时样品池内的折射液取出，用V棱镜折光仪或测角仪测试其对应干涉波长的折射率值，即得到被测小型异型光学元件的折射率值。
上面描述的检测方法都是基于第一样品池4在第二样品池5的正上方进行的。实际上，采用图2的方法也可以针对形状尺寸规整的方形、圆形等小型光学元件进行折射率测试，只不过相对图1的方法来说，复杂一些而已。

Claims (9)

1.光学元件折射率的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）在第一样品池（4）和第二样品池（5）中装有相同的等量的折射液，光源（1）发出的光经过准直透镜（2）和光缝（3）后，分别平行入射到第一样品池（4）和第二样品池（5）中，入射光通过第一样品池（4）和第二样品池（5）以及第一补偿器（10）和第二补偿器（11）后，经会聚透镜（7）会聚于柱面镜（8），在柱面镜（8）后的观察管（9）中看到上下两列干涉条纹，一列由光缝（3）的上半部分两束光干涉形成，一列由光缝（3）的下半部分两束光干涉形成，上、下半部分的光程差不变，干涉条纹固定不动，上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐；
2）将被测的光学元件放入第一样品池（4）中，上半部干涉条纹会相对下半部干涉条纹有移动；
3）引起的光程差为：Δ=(n2-n1)L=K λ
上式中：λ—光源波长；K—对应光程差的干涉级；L—被测的光学元件试样沿光轴方向的长度；n1—被测的光学元件的折射率；n2—样品池内折射液的折射率；
通过观察干涉条纹的移动情况，计算出干涉级次，代入上式中，得到被测的光学元件的折射率值n1。
2.如权利要求1所述的光学元件折射率的检测方法，其特征在于，所述步骤3）为：当上半部干涉条纹相对下半部干涉条纹向上移动时，说明n1>n2，这时在第一样品池（4）中加入高折射率的折射液；当上半部干涉条纹相对下半部干涉条纹向下移动时，说明n1<n2，这时在第一样品池（4）中加入低折射率的折射液，慢慢滴加折射液并混匀，使第一样品池（4）和第二样品池（5）中的折射液均匀一致，同时观察干涉条纹，直到上半部干涉条纹和下半部干涉条纹对齐为止，然后将样品池内的折射液取出，测试其对应干涉波长的折射率值，即得到被测光学元件的折射率值n1。
3.如权利要求2所述的光学元件折射率的检测方法，其特征在于，步骤3）所述测试样品池内的折射液对应干涉波长的折射率值是采用V棱镜折光仪或测角仪测试。
4.如权利要求2所述的光学元件折射率的检测方法，其特征在于，所述被测光学元件是异型光学元件。
5.如权利要求1所述的光学元件折射率的检测方法，其特征在于，所述被测光学元件是形状尺寸规整的方形或圆形的小型光学元件。
6.如权利要求1所述的光学元件折射率的检测方法，其特征在于，所述将被测的光学元件放入第一样品池（4）中是通过第一样品池（4）上的小孔（6）将被测的光学元件放入第一样品池（4）中。
7.权利要求1所述的光学元件折射率的检测方法的检测装置，其特征在于，按光路依次为：光源（1）、准直透镜（2）、光缝（3）、样品池、补偿器、会聚透镜（7）、柱面镜（8）和观察管（9），所述样品池包括第一样品池（4）和第二样品池（5），所述补偿器包括第一补偿器（10）和第二补偿器（11）。
8.如权利要求7所述的光学元件折射率的检测装置，其特征在于，在所述第一样品池（4）上开有小孔（6）。
9.如权利要求7所述的光学元件折射率的检测装置，其特征在于，所述第一样品池（4）和第二样品池（5）是连通的。
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