CN104062096B - 一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法，包括以下步骤：在晶体材料完成初步处理后，将晶体置于一个稳定的电场V1中，通过V1给样品晶体施加电压场场强E0；通过光折变率测定仪器检测晶体的光折射率 n，光折变率测定仪器将光折射率 n反馈给接收处理器R；接收处理器R将折射率n及原材料晶体折射率的理论值 n0代入公式，求出Esc的值；再由公式得出补偿电压的值；d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强度。本发明利用补偿电压消除电场条件下温度对光折射率的影响，得到更理想的样品晶体的光折射率与电压之间的关系曲线，即更理想的光折射率。

Description

一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法

技术领域

本发明涉及晶体光折变，尤其涉及电压补偿调整温度对晶体光折射率影响的方法。

背景技术

随着光学事业的蓬勃发展，特别是近年来空间光学的进展，使得折射率随温度变化已成为光学测试中亟待解决的问题。

这一问题早就引起许多人的重视，并早在19世纪末就开始了研究折射率随温度而变化的性质。到目前为止，国内外已有大量文献介绍了理论研究以及实验测定的工作，并有成型仪器进行常规测量，更进一步把这一性质列入了光学折射率目录中，作为标准参考。Puefvish等人提出折射率和温度系数之间由两个相反的因素作用的结果：1.光学材料的体积随温度变化而变化的作用——密度变化。2.材料的极化性能和电子迁移率随温度变化而变化的作用。而且该材料的折射率温度系数是这两个因素的差值关联，如果该样品的分子极化性温度系数大于样品材料的体积温度系数，则样品材料的折射率温度系数为正，而且随温度下降，样品材料折射率会下降；如果样品材料的分子极化温度系数小于样品的体积温度系数，则其系数为负，随温度下降，样品材料的折射率会增加；如若材料的分子极化温度系数与其体积温度系数相当，则该材料折射温度系数约为0，则样品材料的折射率会随温度下降或者上升，其折射率不会有太明显变化。

在晶体方面，国内有人研究了晶体LiNbO3温度系数。该作者通过理论推导计算，得到光折变晶体的折射率指数：

Δn＝0.5n³ ₀r_eff Esc (公式1)，

式中n⁰为晶体折射率，r_eff为有效光电系数，由于Δn和E紧密相关，当温度对空间电场产生影响，也会引起晶体折射率系数发生变化。如图1给出铌酸钾晶体(LiNbO3)的Δn-T曲线。

不管是对于晶体材料还是玻璃材料等一系列的研究，都止步于研究清楚光折变率与温度之间的关系，几乎没有关于如何在电场中应用光折变率这材料性能时如何规避温度的影响，对于相应实验所测定的数据一定有欠缺，严重时甚至导致实验失败

发明内容

本发明公开了一种保障晶体光折射率不受影响的新方法。在电场条件下，应用材料光折射率的过程中，由于在各种温度下，晶体光折射率都会发生变化，因此通过在材料上施加电压，来抵消掉温度造成的光折射率偏差，维持原材料的光折射率线性关系不变，主要应用于晶体材料。

一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法，包括以下步骤：

在晶体材料完成初步处理后，将晶体置于一个稳定的电场V1中，通过V1给样品晶体施加电压场场强E0；

通过光折变率测定仪器检测晶体的光折射率n，光折变率测定仪器将光折射率n反馈给接收处理器R；

接收处理器R将折射率n及原材料晶体折射率的理论值n0代入公式

$\mathrm{Esc}={\left(\frac{n0}{n}\right)}^{3}E0,$

求出Esc的值；

再由公式V2＝d*Esc-V1得出补偿电压的值；

d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强度。

作为本发明的进一步改进，补偿电压V2是在电场负极施加的。

作为本发明的进一步改进，接收处理器R控制V2的大小和方向。

本发明的有益效果是：

1、本发明在电场中测定光折射率的过程中引入了补偿电压，主动利用补偿电压消除电场条件下温度对光折射率的影响，从而得到更理想的样品晶体的光折射率与电压之间的关系曲线，即更理想的光折射率；

2、本方法相对简单、有效，不需要太多理论以及仪器设备；

3、本发明实用性强，适用性广，因为任何实验过程中都会存在温度问题，所以在所有测定晶体光折射率的实验中都可使用。

附图说明

图1是现有技术折射率系数与温度的关系；

图2是本发明电压补偿结构示意图；

图3是本发明折射率与温度的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种有效可行的调整温度对光折射率的影响的方法，即在晶体材料完成初步处理后，将晶体置于一个稳定的电场中，由于在不同温度下，温度会导致光折射率与电压大小的线性关系，因此在电场负极施压一个相对应的补偿电压(如图2)，来抵消掉温度造成的光折射率偏差，维持原材料的光折射率线性关系。

图2中，V1是给晶体施加的主电压，V2是补偿电压，其中V2电压施加方向根据实际情况定，R是光折变率测定仪器的反馈接收处理器，并控制V2的大小和方向。

工作原理：

在给定温度的条件下，通过V1给样品晶体施加电压场场强E0进行测试，光折变率测定仪器检测到样品晶体的光折射率n，将该数据反馈给R，R通过将该折射率与原材料晶体折射率的理论值n0代入公式

$\mathrm{Esc}={\left(\frac{n0}{n}\right)}^{3}E0$

(该公式可由公式1推导)后，R调节V2电压补偿V1，其中V2＝d*Esc-V1，重复循环这个过程，从而达到调整折射率偏差的目的。

d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强度。

光折射率反馈接收处理器R，工作原理示意图如图3所示。图3中，虚线代表实际检测到的折射率；实线代表调整后得到的准确折射率。

采用上述一套仪器设备，将两块10mm×10mm×5mm的铌酸锂晶(LiNbO3)体片，在一个反馈仪器和另一个没有反馈器的系统中分别进行测试其20℃、80℃、120℃、150℃温度下的采用波长0.5397um、0.6328um、1.0795um、1.3414um测得主光折射率n0；采用同样的方法，测得两10mm×10mm×5mm的钨酸镉(CdWO4)晶体片，在20℃、80℃、120℃、150℃下，采用0.5397um、1.0795um波长照射测试。得到如下数据：

铌酸锂(LiNbO3)晶体：

钨酸镉(CdWO4)晶体

然后通过对比查表所得的铌酸锂的理论光折射率值(0.5397um：2.3118；0.6328um:2.2785；1.0795um:2.2245；1.3414um：2.2100)，钨酸镉晶体的理论光折射率值(0.5397um：1.8717；1.0795um:1.7210)。最后对比总结该测试方式的优劣。

现对比已经过本方法测定的LiNbO3和CdWO4晶片的光折射率数据和真实数据，通过对比发现，在没有反馈器条件下(即普通方法测定)，LiNbO3和CdWO4晶片的光折射率曲线比真实曲线偏高，说明普通方法测试的结果还是有缺陷的。而加有电压反馈调节器的一组LiNbO3和CdWO4晶片的光折射率与真实值比较吻合，而且测定数据相对稳定。

故从实验结果分析说明本方法十分适用于晶体的光折射率测定，而且数据真实性高。

1、本方法相对简单、有效，不需要太多理论以及仪器设备，只有折射率反馈处理仪器相对复杂；

2、本发明在电场中测定光折射率的过程中引入了补偿电压，主动利用补偿电压消除电场条件下温度对光折射率的影响，从而得到更理想的样品晶体的光折射率与电压之间的关系曲线，即更理想的光折射率；

3、本发明实用性强，适用性广，因为任何实验过程中都会存在温度问题，所以在所有测定晶体光折射率的实验中都可使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法，其特征在于：包括以下步骤：

在晶体材料完成初步处理后，在给定温度的条件下，将晶体置于一个稳定的电场V1中，在电场负极施加一个补偿电压V2，通过V1给样品晶体施加电压场场强E0；

通过光折变率测定仪器检测晶体的光折射率n，光折变率测定仪器将光折射率n反馈给接收处理器R；

接收处理器R将折射率n及原材料晶体折射率的理论值n0代入公式

$Esc={\left(\frac{n0}{n}\right)}^{3}E0,$

求出Esc的值；

再由公式V2＝d*Esc-V1得出补偿电压的值；

d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强度。

2.根据权利要求1所述的一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法，其特征在于：接收处理器R控制V2的大小和方向。