CN205049478U - 光学材料折射率曲线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光学材料折射率曲线测量装置。包括用于测量待测光学材料不同波长的群折射率值的宽带光相干干涉系统及用于测量该待测光学材料在一确定的激光波长下对应的折射率值的激光双缝干涉系统，结合待测光学材料不同波长的群折射率值及其在确定的激光波长下对应的折射率值，即可得到待测光学材料在整个波长范围的折射率曲线。本实用新型结构简单，易于实现，简化了传统复杂的光学材料折射率曲线测量操作步骤。
Description
技术领域
本实用新型属于光学测量领域，具体涉及一种光学材料折射率曲线测量装置。
背景技术
折射率是有材料的分子极化率确定的一个光学参数，是一个重要的物理量，它决定了光在材料里的传播路径和速度。对于一般材料折射率还会随着波长变化而变化，即材料的色散。各波长的光具有不同的折射率将导致个波长的光在材料中的路径和速度不同，最简单的例子就是光学透镜的色差。对材料的各个波长的折射率进行测量具有重要意义。
常用的折射率曲线的测量方法有测角法和干涉法两大类。测角法包括最小偏折法、V棱镜和自准直法等。这些方法是将材料加工成特定的形状，通过复杂的操作获取特定的几个波长的折射率值，对这些离散的折射率值采用数据拟合的方法最终获取整个波段的折射率曲线。这种方法操作繁琐，并不是一种方面的测量方法。干涉法包括F-P干涉仪和宽带光相干干涉法等。F-P干涉仪仅能对薄透明体测量，并且光路调整复杂测量时间长；宽带光相干干涉法是利用迈克尔逊干涉仪装置获取不同波长的干涉信息进而得到因为待测样品而引入的光程，然而此方法只能测量得到材料的群折射率信息，并不能得到材料的折射率曲线。
本实用新型在已有的宽带光相干干涉基础上，通过分析群折射率和折射率的关系，提出了一种数据拟合的从群折射率曲线求折射率曲线的近似计算方法，进而设计了一种结合激光双缝干涉装置及宽带光相干干涉系统的光学材料折射率曲线测量装置。本实用新型可以对光学材料的折射率曲线进行测量，具有高效、高精度等优点。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、易于实现的光学材料折射率曲线测量装置。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种光学材料折射率曲线测量装置，包括用于测量待测光学材料不同波长的群折射率值的宽带光相干干涉系统及用于测量该待测光学材料在一确定的激光波长下对应的折射率值的激光双缝干涉系统，结合待测光学材料不同波长的群折射率值及其在确定的激光波长下对应的折射率值，即可得到待测光学材料在整个波长范围的折射率曲线。
在本实用新型实施例中，所述宽带光相干干涉系统包括宽带光源、第一透镜、第二透镜、分光镜、第一反射镜、第二反射镜、光谱仪；宽带光源发出的光经第一透镜准直后，被分光镜分为参考臂光束和样品臂光束，其中样品臂光束中插入待测光学材料，两束光束经第一反射镜、第二反射镜反射后，返回分光镜汇合并经第二透镜聚焦后被光谱仪采集。
在本实用新型实施例中，所述激光双缝干涉系统包括激光光源、单缝片、双缝片、观察屏，所述激光双缝干涉系统测量待测光学材料在确定的激光波长下所对应的折射率值的原理为：首先，激光光源发射的光经单缝片、双缝片，在观察屏上形成参考干涉条纹图像，然后，将待测光学材料置于单缝片、双缝片之间，并使得待测光学材料刚好挡住双缝片的一条狭缝，通过激光光源发射的光经单缝片、待测光学材料、双缝片，在观察屏上形成偏移干涉条纹图像，通过分析对比偏移干涉条纹图像与参考干涉条纹图像，即可获得待测光学材料在确定的激光波长下所对应的折射率值。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型可以对光学材料的折射率曲线进行测量，具有高效、高精度等优点。
附图说明
图1是本实用新型宽带光相干干涉系统框图。
图2是本实用新型激光双缝干涉系统图。
图3为本实用新型实施实例的宽带光相干干涉信号图。
图4为本实用新型实施实例的群折射率和拟合算法得到的近似折射率曲线。
图5为本实用新型实施实例的激光双缝干涉图样。
图6为本实用新型实施实例的测量结果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
如图1-6所示，本实用新型的一种光学材料折射率曲线测量装置，包括用于测量待测光学材料不同波长的群折射率值的宽带光相干干涉系统及用于测量该待测光学材料在一确定的激光波长下对应的折射率值的激光双缝干涉系统，结合待测光学材料不同波长的群折射率值及其在确定的激光波长下对应的折射率值，即可得到待测光学材料在整个波长范围的折射率曲线。
所述宽带光相干干涉系统包括宽带光源、第一透镜、第二透镜、分光镜、第一反射镜、第二反射镜、光谱仪；宽带光源发出的光经第一透镜准直后，被分光镜分为参考臂光束和样品臂光束，其中样品臂光束中插入待测光学材料，两束光束经第一反射镜、第二反射镜反射后，返回分光镜汇合并经第二透镜聚焦后被光谱仪采集。
所述激光双缝干涉系统包括激光光源、单缝片、双缝片、观察屏，所述激光双缝干涉系统测量待测光学材料在确定的激光波长下所对应的折射率值的原理为：首先，激光光源发射的光经单缝片、双缝片，在观察屏上形成参考干涉条纹图像，然后，将待测光学材料置于单缝片、双缝片之间，并使得待测光学材料刚好挡住双缝片的一条狭缝，通过激光光源发射的光经单缝片、待测光学材料、双缝片，在观察屏上形成偏移干涉条纹图像，通过分析对比偏移干涉条纹图像与参考干涉条纹图像，即可获得待测光学材料在确定的激光波长下所对应的折射率值。
以下为本实用新型的具体实施例。
如图1、2所示，本发明的光学材料折射率曲线测量装置，包括宽带光相干干涉和激光双缝干涉两套子系统，宽带光相干干涉系统由一宽带光源（1）被用作宽带光相干干涉系统的光源，光源发出的光经过透镜（2）准直之后，被分光镜（4）分成参考臂光束和样品臂光束，两束光束经镜子（5、6）反射之后返回分光镜（4）汇合经透镜（3）聚焦后被光谱仪（8）采集，待测的光学材料薄片（7）被插入在样品臂中，当调整镜子（5）使参考臂和样品臂光束无论在空间姿态还是光程都一致的时候，两束光束发生干涉，光谱仪（8）将这干涉光强信号记录下来。并传送到电脑（9）中进行分析处理，其测量过程如下：
首先按照图1所示搭建好宽带相干干涉系统，此时样品（7）尚未插入样品臂，调整镜子5的位置，使参考光束臂和样品光束臂两者的空间姿态以分光镜（4）的分光界面对称，光谱仪（8）记录下来干涉信号。将光学材料样品薄片如图1所示插入系统的样品臂中，再次用光谱仪（8）记录下干涉信号。此时干涉信号如图3所示。对前后两次干涉信号分别进行分割，做短时傅里叶变换操作，分别得到插入样品前后两束光臂的不同波长的光程差，两者相减得到不同波长因为插入样品而增加的光程，光程除以样品薄片厚度d，我们得到了群折射率曲线，如图4所示。
之后按照图2所示搭建好激光双缝干涉系统，此时样品（7）尚未插入系统中，记录下观察屏（13）上的干涉条纹图像，之后将光学材料薄片（7）插入单缝片（11）和双缝片（12）之间，使光学材料薄片（7）刚好挡住双缝片（12）的一条狭缝，再次记录观察屏（13）上的干涉条纹图像，前后两次的干涉条纹图像如图5所示。经过图片分析得，因为插入样品而使干涉条纹偏移了66°，对应0.183个条纹数。激光光源的波长时659.2nm。由拟合算法获得的近似折射率曲线得到当波长为659.2nm时，材料的近似折射率为n=1.5784，光学材料样片的厚度为77.4um，根据这个近似折射率我们得到实际上因为插入样品而导致的干涉条纹偏移数的整数部分是58，所以实际条纹偏移数是58.183。根据这个条纹偏移数我们可以将折射率值校正为当波长为659.2nm时，材料的折射率为1.5803。
根据这个折射率值和群折射率曲线，即可计算得到整个波段的折射率曲线，结果如图6所示。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种光学材料折射率曲线测量装置，其特征在于：包括用于测量待测光学材料不同波长的群折射率值的宽带光相干干涉系统及用于测量该待测光学材料在一确定的激光波长下对应的折射率值的激光双缝干涉系统；所述宽带光相干干涉系统包括宽带光源、第一透镜、第二透镜、分光镜、第一反射镜、第二反射镜、光谱仪；宽带光源发出的光经第一透镜准直后，被分光镜分为参考臂光束和样品臂光束，其中样品臂光束中插入待测光学材料，两束光束经第一反射镜、第二反射镜反射后，返回分光镜汇合并经第二透镜聚焦后被光谱仪采集；所述激光双缝干涉系统包括激光光源、单缝片、双缝片、观察屏。
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| CN106018345A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于短相干的光学平板玻璃折射率测量系统及方法 |
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2015
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| CN106018345B (zh) * | 2016-05-24 | 2019-04-23 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于短相干的光学平板玻璃折射率测量系统及方法 |
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