專利名稱：透明介質(zhì)折射率的測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透明介質(zhì)折射率的測量裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
折射率是材料的重要物理參數(shù)之一，也是影響光學(xué)系統(tǒng)性能的重要因素。折射率測量的應(yīng)用領(lǐng)域包括光學(xué)元件的設(shè)計和加工，食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的成分檢測和產(chǎn)品鑒定，薄膜檢測，晶體材料研制，環(huán)境監(jiān)測以及珠寶鑒定等。對一些要求較高的儀器系統(tǒng)，精確測量折射率也有著迫切的需求。目前的折射率測量方法主要包括測角法、干涉法、菲涅耳公式法等。其中測角法是通過角度測量來計算折射率，如最小偏向角法、臨界角法(全反射法)等。然而，傳統(tǒng)的折射率測量方法雖經(jīng)過不斷的改進，但精度難于進一步提高，例如最小偏向角法，要獲得高的折射率測量精度，對待測樣品的加工要求極高，而且設(shè)備龐大，因而成本很高。而臨界角法(全反射法)測量折射率，因為需要滿足臨界角的條件，因此待測樣品的折射率必須小于標(biāo)準(zhǔn)待測樣品(一般為藍寶石玻璃)的折射率，測量范圍受到限制。并且兩種測量方法均無法溯源。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，確有必要提供一種精度高、易于操作、且能夠溯源的折射率測量方法和
測量裝置。一種透明介質(zhì)折射率的測量裝置，其中，所述測量裝置包括:一半外腔激光器，其包括一增益管及一輸出腔鏡，所述輸出腔鏡與所述增益管間隔并沿半外腔激光器的輸出激光軸線共軸設(shè)置，形成激光諧振腔；一待測樣品架，所述待測樣品架位于所述增益管和所述輸出腔鏡之間，并與兩者間隔，所述待測樣品架設(shè)置于所述半外腔激光器輸出激光的光路上；一穩(wěn)頻激光器，所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線與所述半外腔激光器的輸出激光軸線垂直設(shè)置；以及一信號采集與處理系統(tǒng)，所述信號采集與處理系統(tǒng)包括分光棱鏡、偏振片、光電探測器及一拍頻處理顯示系統(tǒng)，所述半外腔激光器、穩(wěn)頻激光器與所述分光棱鏡共軛設(shè)置?！N透明介質(zhì)折射率的測量裝置測量透明介質(zhì)折射率的方法，包括以下步驟: 第一步，所述半外腔激光器為連續(xù)輸出，模式為基橫模，所述半外腔激光器的輸出激光
照射到分光棱鏡，且部分被分光棱鏡反射；
第二步，調(diào)整穩(wěn)頻激光器的輸出方向，使其輸出激光照射到分光棱鏡后，部分激光直接透過分光棱鏡，與所述半外腔激光器經(jīng)過分光棱鏡后的反射光疊加；
第三步，將待測樣品放入所述待測樣品架上，調(diào)整待測樣品，使所述半外腔激光器剛好能夠出光，此時所述待測樣品的表面法線與所述激光軸線所成的初始夾角為α，記錄初始拍頻量A ;
第四步，將待測樣品旋轉(zhuǎn)一定角度da，所述待測樣品的轉(zhuǎn)軸垂直于所述出射激光的軸線，此時記錄下拍頻值fn;
第五步，待測樣品的折射率η由下列公式推得:
權(quán)利要求
1.一種透明介質(zhì)折射率的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括: 一半外腔激光器，其包括一增益管及一輸出腔鏡，所述輸出腔鏡與所述增益管間隔并沿半外腔激光器的輸出激光軸線共軸設(shè)置，形成激光諧振腔； 一待測樣品架，所述待測樣品架位于所述增益管和所述輸出腔鏡之間，并分別與所述增益管和所述輸出腔鏡間隔，所述待測樣品架設(shè)置于所述半外腔激光器輸出激光的軸線上； 一穩(wěn)頻激光器，所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線與所述半外腔激光器的輸出激光軸線垂直設(shè)置；以及 一信號米集與處理系統(tǒng)，所述信號米集與處理系統(tǒng)包括分光棱鏡、偏振片、光電探測器及一拍頻處理顯示系統(tǒng)，所述半外腔激光器、穩(wěn)頻激光器與所述分光棱鏡共軛設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的測量裝置，其特征在于，所述分光棱鏡、偏振片、光電探測器沿所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線方向依次共軸設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的測量裝置，其特征在于，所述分光棱鏡、偏振片、光電探測器沿所述半外腔激光器的輸出激光軸線方向依次共軸設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的測量裝置，其特征在于，所述分光棱鏡設(shè)置于所述半外腔激光器的輸出激光軸線與所述穩(wěn)頻激光器輸出激光軸線的交點上。
5.如權(quán)利要求4所述的透明介質(zhì)折射率的測量裝置，其特征在于，所述半外腔激光器的輸出激光經(jīng)分光棱鏡反射后的激光分量，與所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光經(jīng)分光棱鏡透射后的激光分量重合。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的透明介質(zhì)折射率的測量裝置測量透明介質(zhì)折射率的測量方法，包括以下步 驟: 第一步，所述半外腔激光器為連續(xù)輸出，模式為基橫模，所述半外腔激光器的輸出激光照射到分光棱鏡，且部分被分光棱鏡反射； 第二步，調(diào)整穩(wěn)頻激光器的輸出方向，使其輸出激光照射到分光棱鏡后，部分激光直接透過分光棱鏡，與所述半外腔激光器輸出激光中被分光棱鏡反射的部分激光疊加； 第三步，將待測樣品放入所述待測樣品架上，調(diào)整待測樣品，使所述半外腔激光器剛好能夠出光，此時所述待測樣品的表面法線與所述激光軸線所成的初始夾角為α，記錄初始拍頻量A ; 第四步，將待測樣品旋轉(zhuǎn)一定角度da，旋轉(zhuǎn)后所述半外腔激光器保持出光狀態(tài)，且所述待測樣品的轉(zhuǎn)軸垂直于所述出射激光的軸線，此時記錄下拍頻值fn ; 第五步，待測樣品的折射率η由下列公式獲得:Icos2 a |/o -/ | η = ο +----1 , 2Msm a da 式中△為半外腔激光器的縱模間隔，h為待測樣品的厚度，Iltl為待測樣品周圍的介質(zhì)折射率，λ為激光波長。
7.如權(quán)利要求6所述的透明介質(zhì)折射率的測量方法，其特征在于，待測樣品具有兩個相對且相互平行的平面設(shè)置于所述半外腔激光器的輸出激光的軸線上。
8.如權(quán)利要求6所述的透明介質(zhì)折射率的測量方法，其特征在于，所述半外腔激光器的輸出激光為單縱模。
9.如權(quán)利要求6所述的透明介質(zhì)折射率的測量方法，其特征在于，待測樣品轉(zhuǎn)動前后半外腔激光器輸出頻率的變化為:
10.如權(quán)利要求6所述的透明介質(zhì)折射率的測量方法，其特征在于，半外腔激光器以及穩(wěn)頻激光器輸出的激光經(jīng)分光棱鏡、偏振片混合，并照射到光電探測器后形成輸出信號，所述輸出信號經(jīng)過放大后在拍頻處理顯示系統(tǒng)上顯示出拍頻量，并由拍頻量計算折射率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種透明介質(zhì)折射率的測量裝置，包括一半外腔激光器，所述半外腔激光器包括一增益管及一輸出腔鏡，所述輸出腔鏡與所述增益管間隔并沿半外腔激光器的輸出激光軸線共軸設(shè)置；一待測樣品架，所述待測樣品架位于所述增益管和所述輸出腔鏡之間并與兩者間隔；一穩(wěn)頻激光器，所述穩(wěn)頻激光器的輸出激光軸線與所述半外腔激光器的輸出軸線垂直設(shè)置；以及一信號采集與處理系統(tǒng)，所述信號采集與處理系統(tǒng)包括分光棱鏡、偏振片、光電探測器及一拍頻處理顯示系統(tǒng)。本發(fā)明進一步提供一種利用所述測量裝置測量透明介質(zhì)折射率的方法。
文檔編號G01N21/41GK103105377SQ20121050262
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張書練, 張鵬, 劉維新, 徐玲 申請人:清華大學(xué)