CN111323392A - 用于快速测定光学玻璃折射率的装置及方法 - Google Patents

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刘丹丹
管勇
王心亮
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Abstract

一种用于快速测定光学玻璃折射率的装置及方法，光学平台上装有激光光源，沿着激光出射方向依次装有固定台、移动测量台、剪切干涉仪，固定台设有已知折射光学玻璃板，移动测量台上设有准直透镜。激光光源发出的激光束过准直透镜，调节移动测量台使过准直透镜的激光束准直后，记准直透镜的第一位置X0；增加装有已知折射率光学玻璃的固定台，激光光源发出的激光束经过光学玻璃板、准直透镜，调节移动测量台使过准直透镜的激光束准直后，记准直透镜的第二位置X1；待测光学玻璃板替换已知折射率光学玻璃板，调节移动测量台使过准直透镜的激光束再次准直，后记准直透镜的第三位置X2；根据第一位置和第二位置及第三位置算出待测光学玻璃的折射率。

Description

用于快速测定光学玻璃折射率的装置及方法
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及到一种用于快速测定光学玻璃折射率的装置及方法。
背景技术
光学玻璃的折射率是一种随着光学玻璃材料，环境温度，气压以及入射光波长变化的量。在入射光波长线宽极窄，气压与温度变化不大的情况下，光学玻璃材料的折射率变化很小，只与材料本身的性质有关。
目前在常温、标准大气压下，某一入射光波长的光学玻璃折射率都是已知的，比如常见的BK7材料是1.517，如果我们要得知常温、标准大气压下某一种常见光学玻璃材料的折射率，直接查找光学手册最为方便，但如果我们不知道这种光学玻璃材料具体材质，又或者这不是一种常见常用的材料，那就无法通过查找光学手册的方法来获得这种光学玻璃材料的折射率，利用现有的折射率测量装置和方法测量是另一种途径，但是现有的装置和方法往往包含大型精密光学仪器，又或者光路复杂，应用起来并不是特别方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于利用一种已知光学玻璃材料的折射率去快速测定某种光学玻璃折射率，提供一种设计合理、结构简单、操作方便、效率高的测定光学玻璃折射率的装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于快速测定光学玻璃折射率的装置，光学平台上安装有激光光源，沿着激光出射方向光学平台上依次安装有固定台、移动测量台、剪切干涉仪，固定台上设置有已知折射率光学玻璃板，移动测量台上设置有准直透镜，激光光源出射的激光依次穿过已知折射率光学玻璃板和准直透镜进入剪切干涉仪。
作为一种优选的技术方案，所述的光学玻璃板的厚度为10～30mm。
作为一种优选的技术方案，所述的准直透镜的光圈数F为1.5～3、波前像差均方根值RMS＜四分之一激光波长，所述的激光波长和准直透镜增透膜的波长相匹配，激光光源出射的激光经过准直透镜后光斑直径＜剪切干涉仪的通光孔孔径。
本发明还提供一种快速测定光学玻璃折射率的方法，包括以下步骤：
S1.常温下，激光光源发射出发散角≤10°的激光光束经过准直透镜，调节移动测量台使得经过准直透镜的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪，通过剪切干涉仪判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台记录准直透镜的第一位置X0；
S2.常温下，在步骤S1的光路中，增加安装有已知折射率光学玻璃板的固定台，激光光源发射出的激光光束经过光学玻璃板、准直透镜，调节移动测量台使得经过准直透镜的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪，通过剪切干涉仪判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台记录准直透镜的第二位置X1；
S3.将固定台上的已知折射率光学玻璃板取下，换上与已知折射率光学玻璃板等厚度的待测光学玻璃板，由于光学玻璃的折射率变化，经过准直透镜的激光光束已经不是准直光束，调节移动测量台使得经过准直透镜的激光光束再次准直，然后通过移动测量台记录准直透镜的第三位置X2；
S4.按照下式得出待测光学玻璃的折射率n2，即
Figure BDA0002454099700000021
式中，n1为常温下已知光学玻璃的折射率。
本发明的有益效果如下：
本发明用于快速测定某种光学玻璃在常温、标准大气压下的折射率值，相比于现有的测量装置，本发明结构简单、操作方便、测量速度快、效率高，可广泛推广使用。
附图说明
图1是本发明的结构简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。
在图1中，本实施的用于快速测定光学玻璃折射率的装置由光学平台1、激光光源2、固定台3、已知折射率光学玻璃板4、移动测量台5、准直透镜6、剪切干涉仪7连接构成。
在光学平台1上安装有激光光源2，激光光源2发射的激光光束的数值孔径NA值为0.11、波长为852nm，沿着激光出射方向光学平台1上依次安装有固定台3、移动测量台5、剪切干涉仪7，固定台3上安装有已知折射率光学玻璃板4，该光学玻璃板的材料为BK7、厚度为25.4mm、折射率n1为1.517，移动测量台5上安装有准直透镜6，移动测量台5用于调节准直透镜6的位置，准直透镜6的光圈数F为1.5、波前像差均方根值RMS等于1/4激光波长、直径50mm，准直透镜6的曲率半径从左往右依次为112.2mm、-95.9mm、-325.1mm，准直透镜6是材料N-LAK22与N-SF6HT双胶合准直透镜，激光依次穿过已知折射率光学玻璃板4和准直透镜6进入剪切干涉仪7，准直透镜6用于对激光光束准直，剪切干涉仪7用于判断激光光束是否准直，经过准直透镜6准直的光斑小于剪切干涉仪7的通光孔孔径。
在常温、标准大气压下采用上述装置快速测定光学透明玻璃折射率的方法，包括以下步骤：
S1.激光光源2发射出数值孔径NA为0.11、波长为852nm的激光束，激光束经过准直透镜6，调节移动测量台5使得经过准直透镜6的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪7，通过剪切干涉仪7判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台5记录准直透镜6的第一位置X0，X0＝20mm；
S2.在步骤S1的光路中，增加安装有已知折射率光学玻璃板4的的固定台3，激光光源2发射出的激光光束经过已知折射率光学玻璃板4、准直透镜6，调节移动测量台5使得经过准直透镜6的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪7，通过剪切干涉仪7判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台5记录准直透镜6的第二位置X1，X1＝11.4mm；
S3.将已知折射率光学玻璃板4从固定台3上取下，将厚度为25.4mm的某种材料的待测光学玻璃板换上，此时经过准直透镜6的激光光束已经不是准直光束，调节移动测量台5使得经过准直透镜6的激光光束再次准直，然后通过移动测量台5记录准直透镜6的第三位置X2，X2＝9.5mm；
S4.按照下式得出常温、标准大气压下待测光学玻璃的折射率n2，即
Figure BDA0002454099700000041
则n2为1.712。
实施例2
本实施例中，光学平台1上安装有激光光源2，激光光源2发射的激光光束的数值孔径NA值为0.11、波长为852nm，沿着激光出射方向光学平台1上依次安装有固定台3、移动测量台5、剪切干涉仪7，固定台3上安装有已知折射率光学玻璃板4，该光学玻璃板的材料为BK7、厚度为10mm、折射率n1为1.517，移动测量台5上安装有准直透镜6，移动测量台5用于调节准直透镜6的位置，准直透镜6的光圈数F为2、波前像差均方根值RMS等于1/4激光波长、直径50mm，准直透镜6的曲率半径从左往右依次为112.2mm、-95.9mm、-325.1mm，准直透镜6是材料N-LAK22与N-SF6HT双胶合准直透镜，激光依次穿过已知折射率光学玻璃板4和准直透镜6进入剪切干涉仪7，准直透镜6用于对激光光束准直，剪切干涉仪7用于判断激光光束是否准直，经过准直透镜6准直的光斑小于剪切干涉仪7的通光孔孔径。
在常温、标准大气压下采用上述装置快速测定光学透明玻璃折射率的方法，包括以下步骤：
S1.激光光源2发射出数值孔径NA为0.11、波长为852nm的激光束，激光束经过准直透镜6，调节移动测量台5使得经过准直透镜6的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪7，通过剪切干涉仪7判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台5记录准直透镜6的第一位置X0，X0＝10mm；
S2.在步骤S1的光路中，增加安装有已知折射率光学玻璃板4的的固定台3，已知折射率光学玻璃板4的厚度为10mm，激光光源2发射出的激光光束经过光学玻璃板、准直透镜6，调节移动测量台5使得经过准直透镜6的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪7，通过剪切干涉仪7判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台5记录准直透镜6的第二位置X1，X1＝4.9mm；
S3.将已知折射率光学玻璃板4从固定台3上取下，将厚度为10mm的待测某种材料光学玻璃板换上，此时经过准直透镜6的激光光束已经不是准直光束，调节移动测量台5使得经过准直透镜6的激光光束再次准直，然后通过移动测量台5记录准直透镜6的第三位置X2，X2＝3.5mm；
S4.按照下式得出常温下，标准大气压下某种光学玻璃的折射率n2，即
Figure BDA0002454099700000061
则n2为1.77。

Claims (4)

1.一种用于快速测定光学玻璃折射率的装置，其特征在于：光学平台(1)上安装有激光光源(2)，沿着激光出射方向光学平台(1)上依次安装有固定台(3)、移动测量台(5)、剪切干涉仪(7)，固定台(3)上设置有已知折射率光学玻璃板(4)，移动测量台(5)上设置有准直透镜(6)，激光光源(2)出射的激光依次穿过已知折射率光学玻璃板(4)和准直透镜(6)进入剪切干涉仪(7)。
2.根据权利要求1所述的用于快速测定光学玻璃折射率的装置，其特征在于：所述的已知折射率光学玻璃板(4)的厚度为10～30mm。
3.根据权利要求1所述的用于快速测定光学玻璃折射率的装置，其特征在于：所述的准直透镜(6)的光圈数F为1.5～3、波前像差均方根值RMS＜四分之一激光波长，所述的激光波长和准直透镜增透膜的波长相匹配，激光光源(2)出射的激光经过准直透镜(6)后光斑直径＜剪切干涉仪(7)的通光孔孔径。
4.一种快速测定光学玻璃折射率的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.常温下，激光光源(2)发射出发散角≤10°的激光光束经过准直透镜(6)，调节移动测量台(5)使得经过准直透镜(6)的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪(7)，通过剪切干涉仪(7)判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台(5)记录准直透镜(6)的第一位置X0；
S2.常温下，在步骤S1的光路中，增加安装有已知折射率光学玻璃板(4)的固定台(3)，激光光源(2)发射出的激光光束经过光学玻璃板、准直透镜(6)，调节移动测量台(5)使得经过准直透镜(6)的激光光束准直，准直的激光光束进入剪切干涉仪(7)，通过剪切干涉仪(7)判断激光光束是否准直，准直后，通过移动测量台(5)记录准直透镜(6)的第二位置X1；
S3.将固定台(3)上的已知折射率光学玻璃板(4)取下，换上与已知折射率光学玻璃板(4)等厚度的待测光学玻璃板，由于光学玻璃的折射率变化，经过准直透镜(6)的激光光束已经不是准直光束，调节移动测量台(5)使得经过准直透镜(6)的激光光束再次准直，然后通过移动测量台(5)记录准直透镜(6)的第三位置X2；
S4.按照下式得出待测光学玻璃的折射率n2，即
Figure FDA0002454099690000021
式中，n1为常温下已知光学玻璃的折射率。
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CN113432837A (zh) * 2021-06-07 2021-09-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 晶体热透镜焦距的测量装置及其测量方法
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