CN104111238A - 一种光学材料透过率的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学材料透过率的测试系统及测试方法。所述测试系统包括：光源，沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；至少两个被测样品，第一被测样品用于接收入射光，且入射光相对于第一被测样品表面呈一角度，入射光穿透第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品用于接收第一折射光，且使第一折射光穿透第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输，其中第一方向与所述第二方向位于同一直线上，第一被测样品与第二被测样品的规格相同；探测器，用于接收第二折射光，检测获得第二折射光的光强I。通过放置两块被测样品，入射光经重复折射，可以测得样品在有角度入射时的透过率，解决有角度入射时的透过率测试问题。

Description

一种光学材料透过率的测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及材料光学性能测试技术领域，尤其是指一种光学材料透过率的测试系统及测试方法。

背景技术

目前，对于光学材料如光学陶瓷、光学晶体、光学玻璃和光学塑料等来说，光谱透过率的测试是研究和开发材料的重点步骤，测试过程通常参照业内标准进行。例如光学陶瓷透过率的测试参照JB/T9495.3-1999中有关“光学晶体透过率测量方法”的规定进行。

传统测试方法采用入射光垂直入射或者小角度入射被测试样品的方式，如图1、图2和图3所示分别为采用传统方法的测试原理示意图。

采用图1所示测试方法，光源1所发射光线垂直入射被测样品2，入射光经过被测样品后，沿原入射光的传播方向进入探测器3，但该方法只能测试被测样品2接收垂直光照射的穿透性能；采用图2和图3所示测试方法，光源1所发射光线相对于被测样品2的表面以一定角度传输进入，经被测样品2折射后，朝探测器3的方向传输，然而由于现有测试系统探测器3的光接收范围较小，如图2和图3所示，常见系统中，探测器3只能接收到一部分入射光甚至完全不能接收到入射光，这些系统采用有角度入射测试时对样品的厚度有一定限制。

因此现有技术的常见系统中光学材料透过率测试方法，无法保证对被测样品有角度入射时透过率测量的准确性，已经不适用于光学材料的透过率测试，而有角度入射时透过率测试方法是提高光材料研究和开发速度的重要途径，因此很有必要改进现有测试方法，完成光学材料在有角度入射时的光谱透过率的准确测试。

发明内容

为解决上述问题，本发明技术方案的目的是提供一种光学材料透过率的测试系统及测试方法，能够实现光学材料在有角度入射时的光谱透过率的准确测试。

本发明一方面提供一种光学材料透过率的测试系统，所述测试系统包括：

用于提供透过率测试照射光的光源，所述光源沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；

至少两个被测样品，第一被测样品用于接收所述入射光，且所述入射光相对于所述第一被测样品表面呈一角度，所述入射光穿透所述第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品用于接收所述第一折射光，且使所述第一折射光穿透所述第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输，其中所述第一方向与所述第二方向位于同一直线上，所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同；

探测器，用于接收所述第二折射光，检测获得所述第二折射光的光强I。

优选地，所述测试系统还包括：

计算单元，用于计算所述第一被测样品的透过率τ₁和所述第二被测样品的透过率τ₂：其中τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2，其中I₀为所述光源所发出入射光的光强。

优选地，所述测试系统还包括：

分光光度计，用于形成一测定光路，其中所述第一被测样品、所述第二被测样品和所述探测器设置于所述测定光路上。

优选地，上述所述的测试系统，所述第一被测样品相对于水平线第一方向的设置角度为第一角度，所述第二被测样品相对于所述水平线第一方向的设置角度为第二角度，其中所述第一角度与所述第二角度互补。

优选地，上述所述的测试系统，所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同包括：厚度相同、材料相同、加工精度相同及各向异性的晶体的晶向也应相同。

优选地，所述测试系统还包括：

一样品支架，至少包括两个可以调节角度和/或位置的样品槽，所述第一被测样品和所述第二被测样品分别放置于其中一所述样品槽内。

优选地，上述所述的测试系统，所述入射光相对于所述第一被测样品表面所呈角度大于零度小于等于90度。

本发明另一方面还提供一种光学材料透过率的测试方法，所述测试方法包括：

光源沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；

第一被测样品接收所述入射光，且所述入射光相对于所述第一被测样品表面呈一角度，所述入射光穿透所述第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品接收所述第一折射光，且使所述第一折射光穿透所述第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输；其中所述第一方向与所述第二方向位于同一直线上，且所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同；

探测器接收所述第二折射光，并检测获得所述第二折射光的光强I。

优选地，所述测试方法还包括：

计算单元计算所述第一被测样品的透过率τ₁和所述第二被测样品的透过率τ₂：其中τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2，其中I₀为所述光源所发出入射光的光强。

优选地，上述所述的测试方法，所述第一被测样品相对于水平线第一方向的设置角度为第一角度，所述第二被测样品相对于所述水平线第一方向的设置角度为第二角度，其中所述第一角度与所述第二角度互补。

本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：

通过在测定光路中设置两个规格相同的被测样品，使得入射光经过两个被测样品连续折射后重新回到入射基准线上，也即使入射光所入射的第一方向和第二折射光所传输的第二方向位于同一直线上，以保证探测器能够准确接收透射光的能量，从而避免传统测试方法中由于有角度入射导致透射光无法全部落在探测器的范围内而不能被接收，造成测试不准确的问题，实现了被测光学材料在有角度入射时的光谱透过率的准确测试。

附图说明

图1表示现有技术光学材料透过率测试的第一种结构示意图；

图2表示现有技术光学材料透过率测试的第二种结构示意图；

图3表示现有技术光学材料透过率测试的第三种结构示意图；

图4表示本发明具体实施例所述透过率测试系统的第一种结构示意图；

图5表示本发明具体实施例所述透过率测试系统的第二种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明具体实施例所述光学材料透过率的测试系统，包括：

用于提供透过率测试照射光的光源，所述光源沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；

至少两个被测样品，第一被测样品用于接收所述入射光，且所述入射光相对于所述第一被测样品表面呈一角度，所述入射光穿透所述第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品用于接收所述第一折射光，且使所述第一折射光穿透所述第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输，其中所述第一方向与所述第二方向平行，所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同；

探测器，用于接收所述第二折射光，检测获得所述第二折射光的光强I。

所述测试系统通过在测定光路中设置两个规格相同的被测样品，使得入射光经过两个被测样品连续折射后重新回到入射基准线上，也即使入射光所入射的第一方向和第二折射光所传输的第二方向位于同一直线上，以保证探测器能够准确接收透射光的能量，从而避免传统测试方法中由于有角度入射和/或被测样品过厚导致透射光无法全部落在探测器的范围内而不能被接收，造成测试不准确的问题，实现了被测光学材料在有角度入射时的光谱透过率的准确测试。

为保证使入射光所入射的第一方向和第二折射光所传输的第二方向位于同一直线上，优选地，所述第一被测样品相对于水平线第一方向的设置角度为第一角度，所述第二被测样品相对于所述水平线第一方向的设置角度为第二角度时，所述第一角度与所述第二角度互补。

如图4及图5所示，分别为本发明具体实施例所述透过率测试系统的两种原理示意图。其中，所述测试系统包括：光源10、第一被测样品20、第二被测样品30和探测器40。

光源10沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光11；第一被测样品20接收入射光11，且入射光11相对于第一被测样品20表面呈一角度，该角度也即为被测样品所需要测试的入射角度；入射光11穿透第一被测样品20之后获得第一折射光21；第二被测样品30用于接收第一折射光21，第一折射光21穿透第二被测样品30，经第二被测样品30折射后获得第二折射光31，沿第二方向传输。

探测器40用于接收第二折射光31，并检测获得第二折射光31的光强I。

根据以上，为了保证探测器40能够全部接收第二折射光31，则需要保证入射光经过两个被测样品连续折射后重新回到入射基准线上，也即使入射光11所入射的第一方向和第二折射光31所传输的第二方向位于同一直线上，本发明具体实施例所述测试系统还包括一样品支架，该样品支架包括至少两个可以调节角度和/或位置的样品槽，所述第一被测样品20和所述第二被测样品30分别放置于其中一所述样品槽内。

图4及图5所示测试系统的原理图中未提供样品支架的具体结构，本领域技术人员根据样品支架的动作要求，应该能够知晓其具体结构，在此不详细描述。

当被测样品所需要测试的入射角度确定后，第一被测样品20的设置角度及位置则固定，为保证使入射光11所入射的第一方向和第二折射光31所传输的第二方向位于同一直线，探测器40能够全部接收第二折射光31，则需要调整第二被测样品30的设置角度和/或位置，如图4和图5所示，使第一被测样品20设置角度与第二被测样品30的设置角度形成互补，也即使第一被测样品20相对于X轴角度以及第二被测样品30相对于X轴角度之间互补，这样使得入射光11在第一被测样品20表面的入射角度与第一折射光21在第二被测样品30表面的入射角度相同。

根据本发明的测试原理，所述入射光相对于所述第一被测样品表面所呈角度大于零度小于等于90度，也即入射光相对于所述第一被测样品表面的垂直线大于等于零度小于90度，更进一步地说，测试的入射角范围为大于等于零度小于90度，均可以实现光学材料的透过率测试，因此能够满足有角度入射的透过率测试要求。

另外，根据平行光透过均匀介质传播，透过率计算公式(1)：

τ＝I/I₀    （1）

式中：I—透射光辐射强度，cd（坎）；

I₀—入射光辐射强度，cd（坎）；

τ—透过率；

因此，为了计算被测光学材料的透过率还需要测试入射光辐射强度I₀。

此外，本发明具体实施例所述测试系统还包括：

计算单元，用于计算所述第一被测样品的透过率τ₁和所述第二被测样品的透过率τ₂。

根据上述，实际测试得到入射光通过两个被测样品的透过率为τ=I/I₀。由于第一被测样品20和第二被测样品30的规格完全相同，入射角相同，所以第一被测样品20和第二被测样品30的透过率相同，τ₁=τ₂。

设通过第一被测样品20之后，也即所获得第一折射光21的光强为I₁，则：

I/I₁=I₁/I₀    (2)

通过数据换算可以计算得出单个被测样品的透过率τ₁和τ₂，关系满足公式：

τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2    (3)

因此，所述测试系统还包括一分光光度计，用于形成一测定光路，其中所述第一被测样品、所述第二被测样品和所述探测器设置于所述测定光路上，用于对被测样品进行透过率测试，检测获得入射光经过两个被测样品之后的光辐射强度I。

本发明具体实施例所述测试系统，可以采用在对被测样品进行透过率测试的同时，测得入射光的光辐射强度I₀，也可以在进行透过率测试之前或之后，分别单独使光源发光的方式，检测获得入射光的光辐射强度。

因此，所述光源包括紫外、可见或红外分光光度计等。

本发明具体实施例所述测试系统中，所述第一被测样品与所述第二被测样品是依据光学材料透过率测试标准制作，所述规格相同包括厚度相同、材料相同、加工精度相同及各向异性的晶体的晶向也应相同等。

且采用本发明具体实施例所述测试系统的技术原理，在光学材料的透过率测试中，不限于设置两个被测样品，也可以设置三个或以上被测样品，只要能够使入射光经被测样品连续折射后重新回到入射基准线，能被探测器全部接收即可。

此外，本发明具体实施例所述测试系统，可以应用于如光学陶瓷、光学晶体、光学玻璃和光学塑料等光学材料的透过率测试。

本发明具体实施例所述测试系统，通过在测定光路中放入两个完全一样的被测样品，并且两个被测样品的放置角度互补，从而实现入射光经两个被测样品连续折射后重新回到入射基准线上，以保证探测器能够准确接收透射光的能量，避免了传统测试中由于有角度入射而使透射光无法全部落在探测器的光接收范围内而引起测试不准确的现象，实现了被测光学材料在有角度入射时的光谱透过率的准确测试。

本发明具体实施例另一方面还提供一种光学材料透过率的测试方法，所述测试方法包括：

光源沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；

第一被测样品接收所述入射光，且所述入射光相对于所述第一被测样品表面呈一角度，所述入射光穿透所述第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品接收所述第一折射光，且使所述第一折射光穿透所述第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输；其中所述第一方向与所述第二方向位于同一直线上，且所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同；

探测器接收所述第二折射光，并检测获得所述第二折射光的光强I。

优选地，所述测试方法还包括：

计算单元计算所述第一被测样品的透过率τ₁和所述第二被测样品的透过率τ₂：其中τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2，其中I₀为所述光源所发出入射光的光强。

最佳地，所述第一被测样品相对于水平线第一方向的设置角度为第一角度，所述第二被测样品相对于所述水平线第一方向的设置角度为第二角度，其中所述第一角度与所述第二角度互补。

优选地，采用所述测试方法，还设置一样品支架，至少包括两个可以调节角度和/或位置的样品槽，所述第一被测样品和所述第二被测样品分别放置于其中一所述样品槽内。

当被测样品所需要测试的入射角度确定后，第一被测样品的设置角度及位置则固定，为保证使入射光所入射的第一方向和第二折射光所传输的第二方向位于同一直线，探测器能够全部接收第二折射光，则需要调整第二被测样品的设置角度和/或位置，如图5所示，第一被测样品的设置角度与第二被测样品的设置角度形成互补，也即入射光在第一被测样品表面的入射角度与第一折射光在第二被测样品表面的入射角度相同。

根据本发明的测试原理，所述入射光相对于所述第一被测样品表面所呈角度大于零度小于等于90度，也即入射角大于等于零度小于90度，均可以实现光学材料的透过率测试，因此能够满足有角度入射的透过率测试要求。

采用所述测试方法的测试过程，主要包括如下几个步骤：

a.在样品支架的样品槽内放置被测样品；

b.调节放置第一被测样品的样品槽，使第一被测样品的倾斜角度满足透

过率测试的角度要求，之后固定放置第一被测样品的样品槽；调节放

置第二被测样品的样品槽的角度和/或位置，使第一被测样品与第二被

测样品的设置角度互补；

c．打开仪器，通过探测器测定入射光经过两个被测样品折射后的光强，并计算经过两个被测样品后的透过率τ。

以下以光学材料为铝镁尖晶石透明陶瓷样品为例，说明采用本发明具体实施例所述测试系统和测试方法，与传统测试方法相比较的测试结果不同。

所述测试系统包括：

测试设备：Nexus670智能傅立叶红外光谱仪；被测样品：铝镁尖晶石透明陶瓷样品，尺寸为φ50mm×3mm，并进行双面抛光处理；测试角度：0°、30°、60°。

测试过程中采用卡具固定样品槽确定入射角度，对样品进行3.7～4.8μm中波红外不同入射角透过率测试。

如下表1为传统方法在0°、30°、60°入射时3.7μm、4.0μm和4.8μm波段处的透过率；表2为采用本发明具体实施例所述测试方法和测试系统在0°、30°、60°入射时3.7μm、4.0μm和4.8μm波段处经过两个被测样品的透过率，即τ；表3为利用发明方法中公式τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2计算得到的0°、30°、60°入射时3.7μm、4.0μm和4.8μm波段处的实际透过率，也即单个被测样品的透过率。

表1

表2

表3

对比以上三个表，可以看出，当入射角为0°时，采用本发明所述测试方法测试的结果与传统方法测试的结果非常接近，这说明了本发明方法的可行性与准确性；当入射角为30°时，采用本发明方法测试的结果较传统方法测试的结果稍高，说明在入射角下，传统方法只能接收到大部分透过光的强度，而有少量超过接收范围，从而使得测试值略低于实际值；当入射角为60°时，本发明方法测试的结果与传统方法测试的结果相差较大，说明在该入射角下，传统方法测试时更多透过光的强度超出探测器接收范围，而用本发明测试方法测出此角度下的透过率明显提高。

因此，本发明所述测试系统，通过放置两块被测样品，入射光经重复折射，可以方便测得样品在有角度入射时的透过率，避免了样品厚度对透过率测试的影响，解决了有角度入射时的透过率测试问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学材料透过率的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

用于提供透过率测试照射光的光源，所述光源沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；

至少两个被测样品，第一被测样品用于接收所述入射光，且所述入射光相对于所述第一被测样品表面呈一角度，所述入射光穿透所述第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品用于接收所述第一折射光，且使所述第一折射光穿透所述第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输，其中所述第一方向与所述第二方向位于同一直线上，所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同；

探测器，用于接收所述第二折射光，检测获得所述第二折射光的光强I。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：

计算单元，用于计算所述第一被测样品的透过率τ₁和所述第二被测样品的透过率τ₂：其中τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2，其中I₀为所述光源所发出入射光的光强。

3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：

分光光度计，用于形成一测定光路，其中所述第一被测样品、所述第二被测样品和所述探测器设置于所述测定光路上。

4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述第一被测样品相对于水平线第一方向的设置角度为第一角度，所述第二被测样品相对于所述水平线第一方向的设置角度为第二角度，其中所述第一角度与所述第二角度互补。

5.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同包括：厚度相同、材料相同、加工精度相同及各向异性的晶体的晶向也相同。

6.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：

一样品支架，至少包括两个可以调节角度和/或位置的样品槽，所述第一被测样品和所述第二被测样品分别放置于其中一所述样品槽内。

7.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述入射光相对于所述第一被测样品表面所呈角度大于零度小于等于90度。

8.一种光学材料透过率的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：

光源沿第一方向发射光线，获得用于测试的入射光；

第一被测样品接收所述入射光，且所述入射光相对于所述第一被测样品表面呈一角度，所述入射光穿透所述第一被测样品之后获得第一折射光；第二被测样品接收所述第一折射光，且使所述第一折射光穿透所述第二被测样品之后获得第二折射光，沿第二方向传输；其中所述第一方向与所述第二方向位于同一直线上，且所述第一被测样品与所述第二被测样品的规格相同；

探测器接收所述第二折射光，并检测获得所述第二折射光的光强I。

9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

计算单元计算所述第一被测样品的透过率τ₁和所述第二被测样品的透过率τ₂：其中τ₁=τ₂=（I/I₀）^1/2，其中I₀为所述光源所发出入射光的光强。

10.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述第一被测样品相对于水平线第一方向的设置角度为第一角度，所述第二被测样品相对于所述水平线第一方向的设置角度为第二角度，其中所述第一角度与所述第二角度互补。