本发明专利技术涉及一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，包括底座和载物台，底座上固定安装有激光器、偏振片、电动旋转台、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、减法器和控制模块；第一凸透镜和第二凸透镜分别设置在待测光学介质的反射光路和折射光路中，且两者的焦点均设置在待测光学介质的入射光点处；第一光电探测器和第二光电探测器均以有线方式与减法器的输入端电性连接；减法器的输出端和电动旋转台的输入端均以有线方式电性连接于控制模块。本发明专利技术还提供一种基于上述装置的自动锁定布儒斯特角测量折射率的方法。本发明专利技术结构简单、操作便捷，可实现布儒斯特角的自动锁定，且对介质折射率的测量精度高。高。高。
【技术实现步骤摘要】
一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置及方法
[0001]本专利技术属于光学参数测量
，具体涉及一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置及方法。
技术介绍
[0002]折射率是光学介质最重要的参数之一，折射率可以反映出介质材料的结构、组成、浓度、温度等特性，在生产生活的多个领域中有重要的应用。测量光学介质折射率的方法有很多，其中一种常用的方法是利用布儒斯特定律测量介质的折射率。
[0003]公开号为CN102680409A的专利技术专利公开了一种布儒斯特角的测量装置及方法，通过设置两个光轴相互垂直的起偏器，可在望远镜中观察到两条对比亮度较大的光线，从而测量出布儒斯特角的大小。该装置及方法为了得到准确的布儒斯特角，需对光源、入射角的大小作多次的微调，而望远镜的位置也需多次作相应的调整，以便能够观察到反射光线。
[0004]公开号为CN112504995A的专利技术专利公开了基于布儒斯特定律的折射率测量装置和测量方法，其将布儒斯特角的测量转化为长度测量，测量准确。然而，其将激光器固定安装于螺旋测微标尺的零点位置，载物台滑动设置于滑动轨道上，光电强度探测单元中的探头以可滑动方式安装于螺旋测微标尺上，在测量介质折射率时，为了寻找布儒斯特角，需不停调整激光器、探头、载物台的相对位置，以确保激光器的出射偏振光入射到待测介质的反射面并被反射，且反射光被探头接收。
[0005]由此可见，目前测量布儒斯特角及折射率的装置及方法，需要对光源发出光的角度、待测介质的位置或角度、光探测器的位置作多次的调整。而且，对布儒斯特角的判定通过光探测器是否取得最小值来实现，为人工判定方式，从而会带来一定的误差。此外，由于光源的电压、电流的不稳定以及环境光的变化、干扰，待测介质的入射光强不稳定，在以布儒斯特角入射时，反射光强可能不是最小，从而也会引起测量误差。因此，有必要提供一种操作简便、测量准确且能自动锁定布儒斯特角的折射率测量装置及方法。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置及方法，其结构简单、工作可靠性好、操作便捷，可实现布儒斯特角的自动锁定，且对介质折射率的测量精度高。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，包括底座和用于固定待测光学介质的载物台，所述底座上固定安装有激光器、用于将激光器发射出的自然偏振光变为线偏振光的偏振片、用于旋转载物台的电动旋转台、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、减法器和控制模块；所述第一凸透镜和第二凸透镜分别设置在待测光学介质的反射光路和折射光路中，且两者的焦点均设置在待测光学介质的入射光点处；所述第一光电探测器和第二光电探测器分别用于接收反射光和折射光，且两者均以有线方式与减
法器的输入端电性连接；所述减法器的输出端和电动旋转台的输入端均以有线方式电性连接于控制模块。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述激光器和偏振片之间设置有用于调节激光光束直径大小的光阑。
[0011]进一步，所述激光器发出的激光为单色激光。
[0012]进一步，所述激光器、待测光学介质、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光电探测器和第二光电探测器的中心处于同一水平面。
[0013]进一步，所述待测光学介质为透光或半透光且表面光滑的固态物质。
[0014]进一步，所述电动旋转台为超高精密电动旋转台，且其最小旋转角度为0.00125
°
。
[0015]进一步，所述第一光电探测器和第二光电探测器均为光电放大探测器。
[0016]进一步，所述第一凸透镜和第二凸透镜均为双凸透镜。
[0017]进一步，所述双凸透镜的焦距为100mm。
[0018]本专利技术的另一目的是提供一种基于上述装置的自动锁定布儒斯特角测量折射率的方法。
[0019]具体的技术方案如下：
[0020]一种基于上述装置的自动锁定布儒斯特角测量折射率的方法，包括以下步骤：
[0021]1)将待测光学介质固定安装至载物台，调节激光器的方向，以使待测光学介质的入射光点落在电动旋转台的中心轴线上且位于第一凸透镜和第二凸透镜的焦点处，同时确保经过偏振片后的激光偏振方向平行于待测光学介质的入射面；
[0022]2)控制模块输出脉冲个数连续变化的脉冲信号至电动旋转台，对电动旋转台的旋转角度进行扫描；
[0023]3)第一光电探测器和第二光电探测器分别将反射光和折射光的光功率转化为电压信号PD1和PD2，减法器将两电压信号进行差分PD2‑
PD1，此差分信号作为布儒斯特角的锁定信号；
[0024]4)上述锁定信号输入至控制模块，在控制模块中，确定上述锁定信号的最大值，此时对应的入射角度即为布儒斯特角；
[0025]5)重新对电动旋转台的旋转角度进行扫描，当扫描至上述锁定信号的最大值时，保持此时控制模块输出的脉冲个数不变，即可锁定入射角度为布儒斯特角i
b
；
[0026]6)将空气折射率n0和布儒斯特角i
b
，代入公式n1＝n0tan(i
b
)，即可测量出待测光学介质的折射率n1。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028](1)通过控制模块及电动旋转台对待测光学介质旋转角度的自动控制，形成入射角度的闭环控制系统，实现布儒斯特角的自动锁定，可实现自动测量且测量操作简单；
[0029](2)通过光电探测器采集到的光强判定是否为布儒斯特角，有效避免人工判断(观测)的不确定性，测量误差较小；
[0030](3)折射光和反射光的差分信号，相较于单独的折射光或反射光信号，其信号幅度相当，而信号线宽更窄，可更精确锁定布儒斯特角；
[0031](4)采用两个光电探测器的差分探测方式，可有效消除光源光强的不稳定性、环境光的变化以及干扰(共轭噪声)，进一步提高测量精度。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例1中一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置的整体结构示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例1中一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置的俯视图；
[0034]图3为本专利技术实施例1中第一凸透镜的工作原理示意图；
[0035]图4为本专利技术实施例1利用布儒斯特定律测量折射率的示意图；
[0036]图5为本专利技术实施例1锁定布儒斯特角的差分信号。
[0037]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0038]1、激光器，2、光阑，3、偏振片，4、电动旋转台，5、载物台，6、待测光学介质，7、第一凸透镜，8、第二凸透镜，9、第一光电探测器，10、第二光电探测器，11、减法器，12、控制模块，13、底座，F、第一凸透镜7的焦点，PD1、第一光电探测器9检测到的电压信号，PD2、第二光电探本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于，包括底座(13)和用于固定待测光学介质(6)的载物台(5)，所述底座(13)上固定安装有激光器(1)、用于将激光器(1)发射出的自然偏振光变为线偏振光的偏振片(3)、用于旋转载物台(5)的电动旋转台(4)、第一凸透镜(7)、第二凸透镜(8)、第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)、减法器(11)和控制模块(12)；所述第一凸透镜(7)和第二凸透镜(8)分别设置在待测光学介质(6)的反射光路和折射光路中，且两者的焦点均设置在待测光学介质(6)的入射光点处；所述第一光电探测器(9)和第二光电探测器(10)分别用于接收反射光和折射光，且两者均以有线方式与减法器(11)的输入端电性连接；所述减法器(11)的输出端和电动旋转台(4)的输入端均以有线方式电性连接于控制模块(12)。2.根据权利要求1所述的一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于，所述激光器(1)和偏振片(3)之间设置有用于调节激光光束直径大小的光阑(2)。3.根据权利要求1所述的一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于，所述激光器(1)发出的激光为单色激光。4.根据权利要求1所述的一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于，所述激光器(1)、待测光学介质(6)、第一凸透镜(7)、第二凸透镜(8)、第一光电探测器(9)和第二光电探测器(10)的中心处于同一水平面。5.根据权利要求1所述的一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于，所述待测光学介质(6)为透光或半透光且表面光滑的固态物质。6.根据权利要求1所述的一种自动锁定布儒斯特角测量折射率的装置，其特征在于，所述电动旋转台(4)为超高精密电动旋转台，且其最小旋转角度为0.00125
°
。7.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王可畏，何俊荣，徐四六，阮诗森，邓文武，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：
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