光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]折射率是有材料的分子極化率確定的一個(gè)光學(xué)參數(shù)，是一個(gè)重要的物理量，它決定了光在材料里的傳播路徑和速度。對(duì)于一般材料折射率還會(huì)隨著波長(zhǎng)變化而變化，即材料的色散。各波長(zhǎng)的光具有不同的折射率將導(dǎo)致個(gè)波長(zhǎng)的光在材料中的路徑和速度不同，最簡(jiǎn)單的例子就是光學(xué)透鏡的色差。對(duì)材料的各個(gè)波長(zhǎng)的折射率進(jìn)行測(cè)量具有重要意義。
[0003]常用的折射率曲線的測(cè)量方法有測(cè)角法和干涉法兩大類(lèi)。測(cè)角法包括最小偏折法、V棱鏡和自準(zhǔn)直法等。這些方法是將材料加工成特定的形狀，通過(guò)復(fù)雜的操作獲取特定的幾個(gè)波長(zhǎng)的折射率值，對(duì)這些離散的折射率值采用數(shù)據(jù)擬合的方法最終獲取整個(gè)波段的折射率曲線。這種方法操作繁瑣，并不是一種方面的測(cè)量方法。干涉法包括F-P干涉儀和寬帶光相干干涉法等。F-P干涉儀僅能對(duì)薄透明體測(cè)量，并且光路調(diào)整復(fù)雜測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)；寬帶光相干干涉法是利用邁克爾遜干涉儀裝置獲取不同波長(zhǎng)的干涉信息進(jìn)而得到因?yàn)榇郎y(cè)樣品而引入的光程，然而此方法只能測(cè)量得到材料的群折射率信息，并不能得到材料的折射率曲線。
[0004]本實(shí)用新型在已有的寬帶光相干干涉基礎(chǔ)上，通過(guò)分析群折射率和折射率的關(guān)系，提出了一種數(shù)據(jù)擬合的從群折射率曲線求折射率曲線的近似計(jì)算方法，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種結(jié)合激光雙縫干涉裝置及寬帶光相干干涉系統(tǒng)的光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置。本實(shí)用新型可以對(duì)光學(xué)材料的折射率曲線進(jìn)行測(cè)量，具有高效、高精度等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量
目.ο
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置，包括用于測(cè)量待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值的寬帶光相干干涉系統(tǒng)及用于測(cè)量該待測(cè)光學(xué)材料在一確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值的激光雙縫干涉系統(tǒng)，結(jié)合待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值及其在確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值，即可得到待測(cè)光學(xué)材料在整個(gè)波長(zhǎng)范圍的折射率曲線。
[0007]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述寬帶光相干干涉系統(tǒng)包括寬帶光源、第一透鏡、第二透鏡、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、光譜儀；寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡準(zhǔn)直后，被分光鏡分為參考臂光束和樣品臂光束，其中樣品臂光束中插入待測(cè)光學(xué)材料，兩束光束經(jīng)第一反射鏡、第二反射鏡反射后，返回分光鏡匯合并經(jīng)第二透鏡聚焦后被光譜儀采集。
[0008]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述激光雙縫干涉系統(tǒng)包括激光光源、單縫片、雙縫片、觀察屏，所述激光雙縫干涉系統(tǒng)測(cè)量待測(cè)光學(xué)材料在確定的激光波長(zhǎng)下所對(duì)應(yīng)的折射率值的原理為:首先，激光光源發(fā)射的光經(jīng)單縫片、雙縫片，在觀察屏上形成參考干涉條紋圖像，然后，將待測(cè)光學(xué)材料置于單縫片、雙縫片之間，并使得待測(cè)光學(xué)材料剛好擋住雙縫片的一條狹縫，通過(guò)激光光源發(fā)射的光經(jīng)單縫片、待測(cè)光學(xué)材料、雙縫片，在觀察屏上形成偏移干涉條紋圖像，通過(guò)分析對(duì)比偏移干涉條紋圖像與參考干涉條紋圖像，即可獲得待測(cè)光學(xué)材料在確定的激光波長(zhǎng)下所對(duì)應(yīng)的折射率值。
[0009]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果:本實(shí)用新型可以對(duì)光學(xué)材料的折射率曲線進(jìn)行測(cè)量，具有高效、高精度等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型寬帶光相干干涉系統(tǒng)框圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型激光雙縫干涉系統(tǒng)圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施實(shí)例的寬帶光相干干涉信號(hào)圖。
[0013]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施實(shí)例的群折射率和擬合算法得到的近似折射率曲線。
[0014]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施實(shí)例的激光雙縫干涉圖樣。
[0015]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施實(shí)例的測(cè)量結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0017]如圖1-6所示，本實(shí)用新型的一種光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置，包括用于測(cè)量待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值的寬帶光相干干涉系統(tǒng)及用于測(cè)量該待測(cè)光學(xué)材料在一確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值的激光雙縫干涉系統(tǒng)，結(jié)合待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值及其在確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值，即可得到待測(cè)光學(xué)材料在整個(gè)波長(zhǎng)范圍的折射率曲線。
[0018]所述寬帶光相干干涉系統(tǒng)包括寬帶光源、第一透鏡、第二透鏡、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、光譜儀；寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡準(zhǔn)直后，被分光鏡分為參考臂光束和樣品臂光束，其中樣品臂光束中插入待測(cè)光學(xué)材料，兩束光束經(jīng)第一反射鏡、第二反射鏡反射后，返回分光鏡匯合并經(jīng)第二透鏡聚焦后被光譜儀采集。
[0019]所述激光雙縫干涉系統(tǒng)包括激光光源、單縫片、雙縫片、觀察屏，所述激光雙縫干涉系統(tǒng)測(cè)量待測(cè)光學(xué)材料在確定的激光波長(zhǎng)下所對(duì)應(yīng)的折射率值的原理為:首先，激光光源發(fā)射的光經(jīng)單縫片、雙縫片，在觀察屏上形成參考干涉條紋圖像，然后，將待測(cè)光學(xué)材料置于單縫片、雙縫片之間，并使得待測(cè)光學(xué)材料剛好擋住雙縫片的一條狹縫，通過(guò)激光光源發(fā)射的光經(jīng)單縫片、待測(cè)光學(xué)材料、雙縫片，在觀察屏上形成偏移干涉條紋圖像，通過(guò)分析對(duì)比偏移干涉條紋圖像與參考干涉條紋圖像，即可獲得待測(cè)光學(xué)材料在確定的激光波長(zhǎng)下所對(duì)應(yīng)的折射率值。
[0020]以下為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。
[0021]如圖1、2所示，本發(fā)明的光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置，包括寬帶光相干干涉和激光雙縫干涉兩套子系統(tǒng)，寬帶光相干干涉系統(tǒng)由一寬帶光源(1)被用作寬帶光相干干涉系統(tǒng)的光源，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡(2)準(zhǔn)直之后，被分光鏡(4)分成參考臂光束和樣品臂光束，兩束光束經(jīng)鏡子(5、6 )反射之后返回分光鏡(4 )匯合經(jīng)透鏡(3 )聚焦后被光譜儀(8 )采集，待測(cè)的光學(xué)材料薄片(7)被插入在樣品臂中，當(dāng)調(diào)整鏡子(5)使參考臂和樣品臂光束無(wú)論在空間姿態(tài)還是光程都一致的時(shí)候，兩束光束發(fā)生干涉，光譜儀(8)將這干涉光強(qiáng)信號(hào)記錄下來(lái)。并傳送到電腦(9)中進(jìn)行分析處理，其測(cè)量過(guò)程如下:
[0022]首先按照?qǐng)D1所示搭建好寬帶相干干涉系統(tǒng)，此時(shí)樣品(7)尚未插入樣品臂，調(diào)整鏡子5的位置，使參考光束臂和樣品光束臂兩者的空間姿態(tài)以分光鏡(4)的分光界面對(duì)稱，光譜儀(8)記錄下來(lái)干涉信號(hào)。將光學(xué)材料樣品薄片如圖1所示插入系統(tǒng)的樣品臂中，再次用光譜儀(8)記錄下干涉信號(hào)。此時(shí)干涉信號(hào)如圖3所示。對(duì)前后兩次干涉信號(hào)分別進(jìn)行分割，做短時(shí)傅里葉變換操作，分別得到插入樣品前后兩束光臂的不同波長(zhǎng)的光程差，兩者相減得到不同波長(zhǎng)因?yàn)椴迦霕悠范黾拥墓獬?，光程除以樣品薄片厚度d，我們得到了群折射率曲線，如圖4所示。
[0023]之后按照?qǐng)D2所示搭建好激光雙縫干涉系統(tǒng)，此時(shí)樣品(7)尚未插入系統(tǒng)中，記錄下觀察屏(13)上的干涉條紋圖像，之后將光學(xué)材料薄片(7)插入單縫片(11)和雙縫片(12)之間，使光學(xué)材料薄片(7)剛好擋住雙縫片(12)的一條狹縫，再次記錄觀察屏(13)上的干涉條紋圖像，前后兩次的干涉條紋圖像如圖5所示。經(jīng)過(guò)圖片分析得，因?yàn)椴迦霕悠范垢缮鏃l紋偏移了 66°，對(duì)應(yīng)0.183個(gè)條紋數(shù)。激光光源的波長(zhǎng)時(shí)659.2nm。由擬合算法獲得的近似折射率曲線得到當(dāng)波長(zhǎng)為659.2nm時(shí)，材料的近似折射率為n=l.5784，光學(xué)材料樣片的厚度為77.4um，根據(jù)這個(gè)近似折射率我們得到實(shí)際上因?yàn)椴迦霕悠范鴮?dǎo)致的干涉條紋偏移數(shù)的整數(shù)部分是58，所以實(shí)際條紋偏移數(shù)是58.183。根據(jù)這個(gè)條紋偏移數(shù)我們可以將折射率值校正為當(dāng)波長(zhǎng)為659.2nm時(shí)，材料的折射率為1.5803。
[0024]根據(jù)這個(gè)折射率值和群折射率曲線，即可計(jì)算得到整個(gè)波段的折射率曲線，結(jié)果如圖6所示。
[0025]以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置，其特征在于:包括用于測(cè)量待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值的寬帶光相干干涉系統(tǒng)及用于測(cè)量該待測(cè)光學(xué)材料在一確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值的激光雙縫干涉系統(tǒng)；所述寬帶光相干干涉系統(tǒng)包括寬帶光源、第一透鏡、第二透鏡、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、光譜儀；寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡準(zhǔn)直后，被分光鏡分為參考臂光束和樣品臂光束，其中樣品臂光束中插入待測(cè)光學(xué)材料，兩束光束經(jīng)第一反射鏡、第二反射鏡反射后，返回分光鏡匯合并經(jīng)第二透鏡聚焦后被光譜儀采集；所述激光雙縫干涉系統(tǒng)包括激光光源、單縫片、雙縫片、觀察屏。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量裝置。包括用于測(cè)量待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值的寬帶光相干干涉系統(tǒng)及用于測(cè)量該待測(cè)光學(xué)材料在一確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值的激光雙縫干涉系統(tǒng)，結(jié)合待測(cè)光學(xué)材料不同波長(zhǎng)的群折射率值及其在確定的激光波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的折射率值，即可得到待測(cè)光學(xué)材料在整個(gè)波長(zhǎng)范圍的折射率曲線。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)復(fù)雜的光學(xué)材料折射率曲線測(cè)量操作步驟。
【IPC分類(lèi)】G01N21/45
【公開(kāi)號(hào)】CN205049478
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520686530
【發(fā)明人】鐘舜聰, 張秋坤, 鐘劍鋒
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年9月8日