平行平面透明固体材料折射率的测量方法技术

一种测量平行平面透明固体材料折射率的方法，通过测量会聚光束在有无经过平行平面透明固体材料时的焦点位置变化来测量平面透明固体材料的折射率，该方法简单易行，可以方便地实现对平行平面透明固体材料折射率的测量。

Measurement of refractive index of transparent solid materials in parallel plane

【技术实现步骤摘要】
平行平面透明固体材料折射率的测量方法
本专利技术涉及透明材料折射率测量，尤其是涉及平行平面透明固体材料折射率的测量方法。
技术介绍
折射率是材料光学性质的重要参数，透明材料折射率常用最小偏向角法和全反射法进行测量。其中最小偏向角法测量对被测材料的折射率大小没有限制，但需要将被测材料加工成棱镜，这给测量人员带来了较大的麻烦，除了破坏材料原有的形状外，棱镜加工难度也比较大。全反射法测试方便，但仅适用于一定范围折射率大小的材料。此外，对于角度的测量需要专业工具及相应配套条件，局限性较大，并且测量步骤繁琐，这给最终的折射率测量结果带来一定的不确定性。相对而言，两面平行结构的材料加工技术难度低，适用范围广，实际应用中大部分光学元件都具有两面平行的平面结构，所以建立一种简单方便适用于平行平面透明固体材料的折射率测量方法对具有非常重要的实用价值。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术的不足，提出一种测量具有两平行平面透明固体材料折射率的方法。该方法简单易行，可以较为方便地测量具备两个平行平面透明固体材料的折射率。本专利技术的原理如下：图2是光线经过平面透明固体材料的折射图，其中α1—入射光线的入射角度，α2—折射光线的折射角度，r1—入射光线到光束光轴的距离，r2—折射光线在平面透明固体材料后表面的交点到光束光轴的距离，L3—焦点A到平面透明固体材料前表面的距离，L4—焦点B到平面透明固体材料前表面的距离。根据图2可得L4＝r1ctgα1(1)L3＝d+r2ctgα1(2)将(1)，(2)带入公式(3)L1-L2＝L3-L4＝d+(r2-r1)ctgα1(3)由公式(3)可得根据图2可得r1-r2＝dtgα2(5)由公式(5)可得当α1较小时sinα1≈tgα1(7)sinα2≈tgα2(8)此时根据折射定律可得将公式(4)(6)带入可得本专利技术的技术解决方案如下：一种平行平面透明固体材料折射率的测量方法，其特点在于，该测量方法包括如下步骤：①搭建测量光路：在激光器的输出光方向上同光轴依次放置焦透镜和光束质量分析仪，该光束质量分析仪与计算机相连；②将待测平行平面透明固体材料放置在所述的聚焦透镜和光束质量分析仪之间，且待测平面透明固体材料靠近所述的聚焦透镜，聚焦后的光束以近垂直角度入射到待测平行平面透明固体；③沿光轴前后移动所述光束质量分析仪，直到所述计算机测量的光斑尺寸最小，即光束质量分析仪位于输出激光经聚焦透镜和待测平行平面透明固体材料后的焦点位置A；④利用卷尺测量所述光束质量分析仪到聚焦透镜的距离，记做L1；⑤移出待测平行平面透明固体材料后，再次沿光轴前后移动所述光束质量分析仪，直到所述计算机测量的光斑尺寸最小，即光束质量分析仪位于输出激光经过聚焦透镜后会聚的焦点位置B；⑥利用所述卷尺测量所述光束质量分析仪到聚焦透镜的距离，记做L2；⑦计算待测平行平面透明固体材料的折射率n，公式如下：公式中，d为待测平行平面透明固体材料的厚度，可利用游标卡尺(17)测量得到。与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：1.可以利用平行的两面进行测量，适用范围广，无需专门加工样品。2.设备要求低，对光学实验室及加工场所而言，尺寸测量工具、光束质量分析仪等设备均较为常见。3.待测量只有样品厚度、光束质量分析仪到聚焦透镜的距离，有减少测量中的不确定度。4.通过改变输出激光的波长，可以实现平行平面透明固体材料不同波长的折射率的测量。利用该方法对平行平面石英玻璃的折射率进行的测量，测量石英厚度d＝40.09mm，当激光输出波长为632.8nm时，光路中有无待测平行平面透明固体材料时焦点位置距离差L1-L2＝12.55mm，根据公式可以计算出平行平面石英材料的折射率在632.8nm的折射率为1.46，该结果与石英玻璃在656nm波长处折射率1.46(《石英玻璃》中P137页)一致，该方法可以准确测量平行平面透明固体材料的折射率。附图说明图1是测量具有平行平面透明固体材料折射率的装置示意图。图2是光线入射材料的折射原理图。图中11—激光器，12—聚焦透镜，13—平面透明固体材料，14—光束质量分析仪，15—计算机，16—卷尺，17—游标卡尺。具体实施方式下面结合实例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制专利技术的保护范围。请参阅图1。图1是测量平行平面透明固体材料折射率的装置示意图，如图所示，激光器11的输出光路上依次放置聚焦透镜12、待测平行平面透明固体材料13、光束质量分析仪14，所述的光束质量分析仪14与计算机15相连，其中所述待测平行平面透明固体材料13尽量靠近所述聚焦透镜12且聚焦后的光束以近垂直角度入射到待测平行平面透明固体13，所述计算机15通过所述光束质量分析仪14测量入射到所述光束质量分析仪14光束的光斑大小。平行平面透明固体材料折射率的测量方法，包括下列步骤：①沿所述激光器11的输出光路在所述平行平面透明固体材料13后面移动所述光束质量分析仪14，直到所述计算机15测量的光斑尺寸最小，停止移动所述光束质量分析仪14。此时，所述光束质量分析仪13位于输出激光经过聚焦透镜12和平面透明固体材料13后的焦点位置A；②利用所述卷尺16测量所述光束质量分析仪14到聚焦透镜12的距离，记做L1；③移出待测平行平面透明固体材料13；④沿所述激光器11的输出光路在所述聚焦透镜12后面移动所述光束质量分析仪14，直到所述计算机15测量的光斑尺寸最小，停止移动所述光束质量分析仪14。此时，所述光束质量分析仪14位于输出激光经过聚焦透镜12会聚的焦点位置B；⑤利用所述卷尺16测量所述光束质量分析仪14到所述聚焦透镜12的距离，记做L2；⑥利用所述游标卡尺17测量所述待测平行平面透明固体材料13的厚度，记作d；⑦根据公式计算待测平行平面透明固体材料13的折射率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平行平面透明固体材料折射率的测量方法，其特征在于，该测量方法包括如下步骤：/n①搭建测量光路：在激光器(11)的输出光方向上同光轴依次放置聚焦透镜(12)和光束质量分析仪(14)，该光束质量分析仪(14)与计算机(15)相连；/n②将待测平行平面透明固体材料(13)放置在所述的聚焦透镜(12)和光束质量分析仪(14)之间，且待测平面透明固体材料(13)靠近所述的聚焦透镜(12)，聚焦后的光束以近垂直角度入射到待测平行平面透明固体；/n③沿光轴前后移动所述光束质量分析仪(14)，直到所述计算机(15)测量的光斑尺寸最小；/n④利用卷尺(16)测量所述光束质量分析仪(14)到聚焦透镜(12)的距离，记做L

【技术特征摘要】
1.一种平行平面透明固体材料折射率的测量方法，其特征在于，该测量方法包括如下步骤：
①搭建测量光路：在激光器(11)的输出光方向上同光轴依次放置聚焦透镜(12)和光束质量分析仪(14)，该光束质量分析仪(14)与计算机(15)相连；
②将待测平行平面透明固体材料(13)放置在所述的聚焦透镜(12)和光束质量分析仪(14)之间，且待测平面透明固体材料(13)靠近所述的聚焦透镜(12)，聚焦后的光束以近垂直角度入射到待测平行平面透明固体；
③沿光轴前后移动所述光束质量分析仪(14)，直到所述计算机(15)测量的光斑尺寸最小；
④利用卷尺(16)测量所述光束质量分析仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大伟，刘晓凤，赵元安，连亚飞，朱美萍，易葵，邵建达，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31