JPS607221B2 - ガラス素材の分散測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明装置は、ガラス素材の分散を広い光波長範囲にわ
たって高精度に測定する装置に関するものである。

従来、ガラス素材の屈折率を測定する装置として、アッ
べの屈折計がある。

これは光源として一般にナトリウムＤ線（波長０．球９
ｒｍ）が使われており、この波長でしか使えない欠点が
あった。また前記の屈折計は屈折率を肉眼で読み取る方
式をとっているので、たとえ光源を変えた場合（ナトリ
ウムＤ線以外）でも、その測定可能な波長領域は可視光
に限定される欠点があった。本発明はこれらの欠点を除
去するため、ガラス素材の屈折率分散（屈折率の波長依
存性）を広い波長領域にわたって連続的に測定できるよ
うにしたものである。

以下図面により本発明を詳細に説明する。第１図は本発
明の実施例の構成図で、１は回折格子型分光装置、２は
同装置の光源でタングステンヨウ素ランプ、３は分光器
の２次光を除去するためのフィル夕、４，４′は単色光
束５を集東するためのコンデンサーレンズ、６は光チョ
ツパ、７は単色光東５を一定の径の光東にするための絞
り、８は被測定試料、９は３鞠方向へ微動可能なゴニオ
メータ、１０は透過光をｌｎＳｂ光検出素子１１の受光
面に入射するための集光レンズ、１２は光検出素子１１
を７７ｏＫまで冷却する液体窒素、１３は光検出素子１
１を３鞄方向へ微動するためのゴニオメータ、１４は光
検出素子の出力を増幅するための前鷹増幅器「１５は前
層増幅器１４の出力をロックィソ検出するためのロック
ィン増幅器、１６はロックィン増幅器を動作させるため
のＩＪフアレンス信号、１７はロックィン増幅器１５の
出力を測定するデジタル電圧計、１８はデジタル電圧計
１７の出力をミニコンピュー夕１９に送出するためのイ
ンターフェース、２川ま分光器の波長マーカ信号、２１
は計算結果を印字するためのテレタイプラィタ、２２は
計算結果をグラフ化するための×−Ｙブロックである。

これを動作するには、タングステンヨウ素ライブ２を点
燈し、ｌｎＳｂ光検出素子１１に液体窒素１２を入れて
冷却し、動作できる状態にしておく。

ただし、光検出素子として、Ｓｉフオトダィオード、Ｐ
氏光検出素子なども使用できる。ついで被測定試料８を
入射光と垂直にゴニオメータ９に取り付け、試料８の透
過光が光検出器１１の受光面に完全に集光されるように
「ゴニオメータ９および１３を調整する。この際、デジ
タル電圧計亀Ｔの出力をモニターとして使用し、その出
力が最大出力を示すように、ゴニオメータ９，１３を調
整する。次に回折格子型分光装置１の波長を変化させ、
たとえば、波長△入＝１００△ごとにデジタル電圧計１
７の出力電圧をインターフェース１８を介してミニコン
ピュータ１９に記憶させる。ついで、試料８を取り除き
、同様の測定を行う。ここで測定を開始する波長からｎ
番目の波長を入ｎとし、そのときの第１回目の波長掃引
における出力電圧をＭ２（＾ｎ）、第２回目の波長掃引
における出力電圧をＭ，（入ｎ）とし、それらの比を「
次式のようにｘｎとおく肌笠舎常州 （１〕 ただし、入ｎ一＾ｎ‐，：△入 このとき、波長＾ｎに対する被測定ガラス素材の屈折率
Ｎ（＾ｎ）は、次式で求められる。

Ｎ（入ｎ）＝ ，十ノ，一落 …”（２）Ｘｎなお■
式の導出については後述する。

第２回目の波長婦引後、■式の計算をミニコンピュータ
１９で行い、その演算結果をテレタイプラィタ２１およ
びＸ−Ｙプロッ夕２２によって表示する。

次に■式の導出について説明する。

第２図は、入射光強度と出射光強度の関係を示した被測
定試料８の拡大図である。

ここで、測定の波長を入ｎ、光源のスペクトル幅を２△
＾。、試料の厚さをｄ、波長＾ｎにおける試料の損失係
数をＱｎ、反射係数をＲ山試料の屈折率をＮ（＾ｎ）と
し、試料の厚さｄは、波長入ｎに比べて十分大きいもの
とする。すなわち空羊／（ごこ）》享 が成り立つものとする。

この場合は、波長（入ｎ−△入。）の透過光と波長（入
ｎ十△入。）の透過光が汀以上の位相差で重なるので、
透過光（試料内の複数回の反射光を含む）に関して干渉
の効果は無視できる。したがって、第２図に示すように
、試料の両端面における複数回の反射光を加え合わせた
ものが、試料の全透過光となる。

第２図において、被測定試料の入射端側をＡ、出射端側
をＢとする。入射光の強度（すなわち出力電圧Ｍ，（入
ｎ）は、端面Ａで１回目の反射損を受け、端面Ｂに到達
するときの強度は、Ｍ，（＾。）（１−Ｒｎ）ｅ‐Ｑが
となる。この光は、端面Ｂにおいて再び反射損を受け，
「透過光強度はｔＭ，（入ｎ）（１一Ｒｎ）２ｅ‐Ｑｎ
ｄと三・なる。端面Ｂで反射された光は端面Ａにもどり
、再び反射される。これが端面Ｂに到達するときの光強
度は、Ｍ，（入ｎ）（１−Ｒｎ）Ｒｎも‐３Ｑｎｄどな
る。したがって、端面Ｂを透過する光強度は、Ｍ，（入
ｎ）（１一Ｒｎ）２Ｒ〆ｅ‐３Ｑ汁となる。

以下、同様な反射が繰り返されるから、試料を透過する
全光強度地（＾ｎ）は、初項Ｍ，（入ｎ）（１一Ｒｎ）
２ｅ‐Ｑｎｄ、公比Ｍ，（入ｎ）Ｒ〆ｅ‐２Ｑｒの無限
等比級数の和で表わされる。

すなわち、池（人ｎ）＝Ｍ，（入ｎ）（１‐Ｒｎ）２ｅ
−ｏｎｄ十Ｍ，（入ｎ）（１一Ｒｎ）２Ｒｎ２ｅ‐３Ｑ
ｎｄ＋Ｍ，（＾ｎ）（１一Ｒｎ）２Ｒｎ４ｅ‐５Ｑｎｄ
＋…．．．Ｍ，（入ジ（１−Ｒｎ）も‐Ｑｎｄ （３，
１一Ｒｎ２ｅ‐２Ｑｎｄを得る。

【３｝式で試料の厚さは薄く、数肋以下とすれば、Ｑｎ
ｄ《１０‐２となり、糊式から次のような近似式が得ら
れる。

地（入ｎ）≦Ｍ・（入ｎ）く宇美さ ＝Ｍ・（＾ｎ〉三骨……■ ｛１’，■式より Ｘｎ三三骨肌■ 一方、反射係数Ｒｎは垂直入射の場合、フレネルの式よ
り屈折率Ｎ（＾ｎ）の関数として次式のように表わされ
る。

Ｒｎ＝さ器台三｝２‐‐‐‐”（６） 【動，【６｝式より波長入ｎにおける屈折率Ｎ（＾ｎ）
はｘｎの関数として、Ｎ（入ｎ）＝１十ゾＦをｎ，．．
，．．，．．■Ｘｎで与えられる。

第３図はｍ枚の同一試料を並べて測定する場合の入射光
強度と出射光強度の関係を示した被測定試料の拡大図で
あって、透過光強度Ｍ２（入ｎ）は次式で表わされる。

地（＾ｎ）＝Ｍ・（入ｎ）（吉を）〜…州ただしｍＱｎ
ｄ《１０‐２ ‘１），【６｝，｛７｝式より、被測定試料の屈折率Ｎ
（入ｎ）はＮ（＾ｎ）＝・十ゾ・−ｍある ．．．．．
．（８〕ｍ反古から求められる。

なお測定方法は、前述の方法と同様である。以上説明し
たように、本発明のガラス素材の分散測定方法は、ガラ
ス素材の分散を広い波長領域にわたって細かく測定でき
るので、光ガラスフアィバ特にグレーデッド形光フアィ
バの最適設計に有効なデータを提供する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図、第３図は
入射光強度と出射光強度の関係を示した被測定試料の拡
大図である。 １・・・・・・回折格子型分光装置、２・・・・・・タ
ングステンヨウ素ランプ、３……フィル夕「４，４′…
…コンデンサレンズ、５・・…・単色光東、６・・・・
・・光チョツパ、７・・・・・・絞り、８…・・・被測
定試料、９・・・…ゴニオメータ、１０……レンズ、１
１……ｌｎＳｂ光検出素子、１２・・・・・・液体窒素
、１３・・・・・・ゴニオメータ、１４・・・・・・前
層増幅器、１５…・・・ロックィン増幅器、１６・…・
・リファレンス信号、１７・・・・・・デジタル電圧計
、１８・・・・・・インターフェース、１９…・・・ミ
ニコンピュー夕、２０…・・・波長マーカ信号し ２１
……テレタイプライタ、２２……Ｘ−Ｙプロツタ。 第２図 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定ガラス素材の１枚の厚さをｄとし、この素材
   の損失係数をα＿ｎとし、この素材の枚数を少くとも１
   枚以上のｍ枚とし、ｍα＿ｎｄ《１０＾−＾２なる薄く
   、平行に研摩された被測定ガラス素材に、分光装置より
   導いた単色光を垂直に入射せしめ、該分光装置の波長を
   一定の波長差を逐次もたせてｎ回変化させ、各波長に対
   する透過光強度を光検出素子でｎ回測定し、ついで被測
   定ガラス素材を取り除き、同様の測定をｎ回行い、各波
   長に対する透過光強度の比ｘ＿ｎを求め、前記測定の第
   ｎ回目の波長λ＿ｎにおける被測定ガラス素材の屈折率
   Ｎ（λ＿ｎ）をＮ（λ＿ｎ） ▲数式、化学式、表等があります▼ なる式から求めることにより、被測定ガラス素材の屈折
   率分散を求めることを特徴とするガラス素材の分散測定
   方法。