專利名稱：干涉法折射率測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)透明材料折率測(cè)定儀器，它適用于測(cè)定一切光學(xué)透明材料的折射率的絕對(duì)值，特別是各向異性的晶體或折射率大于1.8的高折射率材料的折射率，而對(duì)待測(cè)樣品的要求僅需一對(duì)平行通光平面。精度可達(dá)1×10-5。目前測(cè)定折射率的儀器有1.阿貝折射率儀-它的缺點(diǎn)是精度不太高，約為1×10-3～10-4，以及由于測(cè)量時(shí)需要折射率匹配液因而不可能測(cè)n＞1.8材料的折射率;2.V棱鏡折射率儀，它的精度較高-達(dá)1×10-5，但同樣由于測(cè)量時(shí)需要匹配液也不能測(cè)n＞1.8材料的折射率，而且它還要求待測(cè)樣品有一對(duì)互相垂直的通光面。3.最小偏向角法折射率儀-它對(duì)待測(cè)樣品折射率范圍無限制，測(cè)量精度也很高-達(dá)1×10-6，但它的缺點(diǎn)是要把待測(cè)樣品磨成棱鏡，這是既麻煩又費(fèi)錢的事，因?yàn)檫@往往就破壞了材料的使用形狀，為了測(cè)定材料折射率就要犧牲一塊同樣折射率的同類材料，這對(duì)某些晶體來說代價(jià)是很高的如鈦酸鋇單晶，一塊5×5×5毫米3加工后的單晶價(jià)格是3000美元(中國(guó)科學(xué)院物理研究所目前的價(jià)格)。它還要求精密測(cè)定樣品的頂角，比較麻煩。其它還有一些干涉法測(cè)折射率的儀器，但在本發(fā)明以前只有測(cè)氣體的干涉法折射率儀是能測(cè)定折射率絕對(duì)值的，而測(cè)量固體折射率的干涉法折射率測(cè)定儀都僅是測(cè)量材料折射率的區(qū)域不均勻性，即測(cè)的是各處折射率的差值△n而不能測(cè)它們的折射率絕對(duì)值。
運(yùn)用本發(fā)明對(duì)材料進(jìn)行折射率絕對(duì)值測(cè)定的任務(wù)是按下述方式完成的它運(yùn)用了一個(gè)用同光路干涉模式工作因而有良好防震性能的干涉儀，將具有一對(duì)平行通光平面的待測(cè)樣品置于干涉儀光路的一臂中，將樣品從與光線垂直位置算起轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)精密測(cè)定的轉(zhuǎn)角θ，轉(zhuǎn)軸與通光平面平行，與光線垂直，并精密測(cè)定在樣品轉(zhuǎn)動(dòng)過程中干涉條紋的移動(dòng)數(shù)K，從而通過已知的樣品厚度t及干涉儀工作所用的單色相干光的波長(zhǎng)λ利用下式n=［2t2(1-COS θ )-Kλt(1-COSθ)+1/4K2λ2］［2t2(1-COS θ )-Kλt ］]]>算出待測(cè)的材料折射率n。
上述的同光路干涉模式工作的干涉儀是一臺(tái)改進(jìn)了的邁克爾遜干涉儀，其改進(jìn)之處就是將原來互相垂直的二干涉光路通過一個(gè)與分束器做在一起的一塊45°全反射棱鏡而變成相互平行，這二路平行光又通過一塊可以微調(diào)的反射鏡-而不是像經(jīng)典的邁克爾遜干涉儀通過二塊互相垂直的反光鏡反射回來進(jìn)行干涉，從而形成十分穩(wěn)定的干涉條紋。
當(dāng)本發(fā)明用于測(cè)定各向異性的晶體的折率時(shí)所用的光為線偏振相干光，并且有一裝置-例如半波片-可以改變其偏振方向。
在本發(fā)明所規(guī)定的干涉儀中在其光路的一臂中還置有一個(gè)光程補(bǔ)償器，其目的是讓干涉儀的二臂光程差盡可能地減小。
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。附圖
是一個(gè)實(shí)施例的非限定型結(jié)構(gòu)圖，現(xiàn)說明如下它采用帶有布儒斯特窗口的小型半內(nèi)腔氦氖激光器La作光源，因而輸出的是線偏振的波長(zhǎng)為632.84nm激光(相干光)。通過反射鏡M1，M2，小孔光欄H1，H2及半波片λ/2進(jìn)入分束器BS，這時(shí)光束分為平行的二束，一束射向補(bǔ)償器G經(jīng)M4原路返回，另一束通過裝在轉(zhuǎn)臺(tái)R上的樣品S射向反射鏡M3原路返回。補(bǔ)償器由有二個(gè)平行通光平面的玻璃柱構(gòu)成。轉(zhuǎn)臺(tái)由馬達(dá)M通過變速器、蝸輪蝸桿系統(tǒng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。M3，M4裝在同一塊基板上，各自可以微調(diào)，當(dāng)微調(diào)完畢M3，M4相當(dāng)于一塊反射鏡。由M3，M4反射回來的光又各自分別經(jīng)過樣品S及補(bǔ)償器G進(jìn)入分束器BS，然后成一個(gè)微小的角度射向柱面透鏡Le，兩束光被柱面鏡Le所發(fā)散射向屏T進(jìn)行干涉，形成干涉條紋。在屏T上開有一個(gè)很窄的狹縫，干涉條紋中的一小部分光通過狹縫射向裝在狹縫后的硅光電池探測(cè)器D1上轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)入放大器A1，再進(jìn)入計(jì)算機(jī)C。馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)C控制。另外本裝置還有一個(gè)對(duì)樣品S的轉(zhuǎn)角θ進(jìn)行精密測(cè)定的測(cè)角部件D2，它的測(cè)角電信號(hào)通過放大器A2進(jìn)入計(jì)算機(jī)C。當(dāng)樣品S轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在屏T上的干涉條紋就會(huì)移動(dòng)，探測(cè)器D1就會(huì)產(chǎn)生忽大忽小的電信號(hào)從而讀得干涉條紋的移動(dòng)數(shù)K，K的小數(shù)點(diǎn)部份是由計(jì)算機(jī)對(duì)條紋信號(hào)處理而獲得。樣品S的厚度t預(yù)先測(cè)定。這樣把t，λ，θ，K的數(shù)據(jù)都輸入計(jì)算機(jī)C后計(jì)算機(jī)根據(jù)公式(1)馬上算出材料的折射率n。當(dāng)待測(cè)樣品是單軸晶體時(shí)將晶體的光軸與轉(zhuǎn)臺(tái)R的轉(zhuǎn)軸平行-即垂直于紙面。當(dāng)調(diào)節(jié)半波片λ/2讓光線的電矢量振動(dòng)方向也垂直紙面時(shí)測(cè)得的折射率便是ne，當(dāng)調(diào)節(jié)半波片λ/2讓光線的電矢量振動(dòng)方向平行于紙面時(shí)測(cè)得的折射率便是no。計(jì)算結(jié)果由計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)給打印機(jī)P打印出來。
本裝置無需作任何改動(dòng)，只要讓待測(cè)波長(zhǎng)的連續(xù)激光例如來自可調(diào)諧染料激光器的激光或是半導(dǎo)體激光器的激光(它往往沒有固定的波長(zhǎng)-它的波長(zhǎng)隨著激光器工作電流和溫度的大小而變化)代替氦氖激光器的激光射向M1，經(jīng)過H1、H2……進(jìn)入干涉儀，轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)已知厚度t及折射率為n的樣品S，測(cè)得轉(zhuǎn)角θ及干涉條紋移動(dòng)數(shù)K代入公式(1)就可立即由計(jì)算機(jī)C算出波長(zhǎng)λ來。這個(gè)裝置測(cè)得波長(zhǎng)的精度可達(dá)5×10-10cm。而本發(fā)明的裝置比同精度的單色儀要便宜得多也輕巧得多。
權(quán)利要求
1.一種用光學(xué)干涉方法測(cè)定透明材料折射率絕對(duì)值的光學(xué)測(cè)量方法，其特征在于運(yùn)用一個(gè)用同光路干涉模式工作的干涉儀，將具有一對(duì)平行通光平面的待測(cè)樣品置于干涉儀光路的一臂中，將樣品從與光線垂直位置算起轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)精密測(cè)定的轉(zhuǎn)角θ，并精密測(cè)定在樣品轉(zhuǎn)過θ角過程中干涉條紋的移動(dòng)數(shù)K，從而通過已知的樣品厚度t及干涉儀工作所用的單色相干光的波長(zhǎng)λ，利用下式N=［2t2(1-COS θ )-Kλt(1-COSθ)+1/4K2λ2］［2t2(1-COS θ )-Kλt ］]]>算出待測(cè)的材料折射率n。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法進(jìn)行透明材料折射率測(cè)定的裝置，其特征在于所述裝置主要是由一個(gè)運(yùn)用同光路干涉模式設(shè)計(jì)制成的干涉儀以及能夠精密測(cè)量在其光路的一臂中放置在樣品轉(zhuǎn)臺(tái)上的具有一對(duì)平行通光平面的待測(cè)樣品轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)角部件和精密測(cè)量由于樣品轉(zhuǎn)動(dòng)而造成的干涉條紋移動(dòng)的移動(dòng)數(shù)的部件所構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于同光路干涉模式干涉儀是一臺(tái)改進(jìn)了的邁克爾遜干涉儀，其改進(jìn)之處就是將原來互相垂直的二干涉光路通過一個(gè)與分束器做在一起的一塊45°全反射棱鏡而變成相互平行，這二路平行光又通過一塊可以微調(diào)的反射鏡-而不是像經(jīng)典的邁克爾遜干涉儀通過二塊互相垂直的反光鏡-反射回來進(jìn)行干涉，從而形成十分穩(wěn)定的干涉條紋。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于在干涉儀的一臂中置有一個(gè)光程補(bǔ)償器，其目的是讓干涉儀的二臂光程相差盡可能地減小。
5.如權(quán)利要求2年述的裝置，其特征在于當(dāng)發(fā)明用于測(cè)定各向異性的晶體折射率時(shí)所用的光為可以改變偏振方向的線偏振相干光。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置的另一種用途測(cè)量連續(xù)激光如染料激光器的激光或半導(dǎo)體激光器的激光的波長(zhǎng)，其特征在于在樣品轉(zhuǎn)臺(tái)上放置一塊已知厚度t及已知折射率n的具有一對(duì)平行通光平面的透明材料，轉(zhuǎn)動(dòng)樣品一個(gè)θ角，測(cè)定干涉條紋移動(dòng)數(shù)K，將t，n，k，θ代入權(quán)利要求1中的同一公式中，就能方便的求出激光波長(zhǎng)λ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用干涉法測(cè)定光學(xué)透明材料特別是高折射率材料和各向異性晶體的折射率絕對(duì)值的光學(xué)儀器，它對(duì)待測(cè)樣品形狀的要求僅是有一對(duì)平行的通光平面，它對(duì)待測(cè)折射率的范圍無限制。它的干涉儀由于使用同光路干涉模式，因而有極好的穩(wěn)定性。由于使用了計(jì)算機(jī)它工作完全是自動(dòng)化的。它測(cè)折射率的精度可達(dá)1×10
文檔編號(hào)G01N21/45GK1077533SQ9210838
公開日1993年10月20日 申請(qǐng)日期1992年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月16日
發(fā)明者徐懷方 申請(qǐng)人:上海師大科技開發(fā)總公司