一種基于自混合干涉的折射率測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自混合干涉的折射率測量裝置 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，人們對光學(xué)玻璃材料的折射率測量做了大量工作，提出了很多有意義的測 量方法。測量光學(xué)玻璃材料折射率的方法主要分測角法和干涉法兩大類。測角法有最小偏 向角法、直角照準(zhǔn)法、自準(zhǔn)直法和V棱鏡折射儀法等；干涉法分為F-P(法布里-珀羅干涉 儀）干涉法和浸液法等。光學(xué)玻璃材料折射率測量精度達(dá)到1(T6的是最小偏向角法、直角 照準(zhǔn)法和F-P干涉法。F-P干涉法要求兩個內(nèi)表面須精確到和理想幾何平面偏差在1/20 到1/100波長，兩個內(nèi)表面應(yīng)嚴(yán)格平行，樣品面形精度也要求較高。直角照準(zhǔn)法在精度1" 的測角儀上可得到3X1CT6的測量精度，但對光管的光束平行性要求非常高，對折射率大于 1. 86的光學(xué)材料，因全反射而無法測量。最小偏向角法測量精度一般在1(T5,若折射率測量 精度要達(dá)到1〇_6,需在精度1"的大型精密測角儀進(jìn)行測量，并對溫度和壓力進(jìn)行校正。
[0003] 上述幾種測量方法大多要求復(fù)雜精密的光學(xué)部分，這對于一些想要通過簡單測量 獲得較高精度（1(T4?1(T5)應(yīng)用場合并不適宜。同時被測物本身是配合物，或者配合度要 求高，這對普通透明（對某些波段）固體提出了加工要求以及精度要求。
[0004] 基于外部反饋光效應(yīng)的激光自混合干涉技術(shù)是近幾年來興起的一種具有很高應(yīng) 用價值的新型干涉計(jì)量技術(shù)，該技術(shù)利用部分反射光重新耦合入激光器諧振腔時，調(diào)制激 光器輸出功率以及輸出頻率的特性，實(shí)現(xiàn)對外腔光程變化的感知，由于系統(tǒng)固有的結(jié)構(gòu)簡 單、測量精度高、易于準(zhǔn)直的顯著優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)干涉測量技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜、敏感于準(zhǔn)直等 問題，在很多場合可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)干涉儀。
[0005] 激光自混合干涉原理如圖1所示，干涉系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器和外部反射體組成。 激光器出射的激光被外部反射體反射或散射后，一部分光又返回激光器的諧振腔，并通過 改變諧振腔內(nèi)的載流子密度造成激光介質(zhì)折射率發(fā)生變化進(jìn)而調(diào)制激光器本身的頻率和 強(qiáng)度。
[0006] 如圖1所示，腔鏡A與腔鏡B之間構(gòu)成內(nèi)腔，腔鏡B與外部反射體M之間構(gòu)成外腔， ri、r2分別為激光器諧振腔的振幅反射系數(shù)，r3為外部反射體M的振幅反射系數(shù)，n。為激光 器有效層材料復(fù)折射率，d為激光器諧振腔長度，L為外腔長度。設(shè)初始狀態(tài)下，腔鏡A處存 在光波
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在于：包括激光光源、位移臺、反射 鏡、信號處理單元及數(shù)據(jù)處理單元，所述位移臺上裝載有被測樣品，所述激光光源、被測樣 品及反射鏡依次光路連接，所述信號處理單元的輸入端與所述激光光源相連，其輸出端與 所述數(shù)據(jù)處理單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在于：所述激 光光源采用半導(dǎo)體激光器，其上集成設(shè)置有光電二極管，所述光電二極管用于監(jiān)測所述半 導(dǎo)體激光器的光功率。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在于：所述信 號處理單元包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路、隔直電路及濾波放大電路，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路的 輸入端連接所述光電二極管的輸出端，所述隔直電路的輸入端連接所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路 的輸出端，其輸出端連接所述濾波放大電路的輸出端。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在于：所述電 流電壓轉(zhuǎn)換電路采用取樣電阻、三極管或積分電路。
5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在 于：所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)，所述數(shù)據(jù)采集卡連接所述信號處理單元 的輸出端，并與所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，所述計(jì)算機(jī)用于存儲所述信號處理單元發(fā)出的數(shù)據(jù) 并進(jìn)行分析處理。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在于：所述激 光光源、被測樣品及反射鏡同光軸依次設(shè)置。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，其特征在于：所述位 移臺為帶示數(shù)的手動平移臺或可讀數(shù)的位移臺。
8. -種基于自混合干涉的折射率測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 準(zhǔn)備被測樣品，保證該被測樣品的兩個透射面具有共垂面并形成一夾角，并對該夾 角的角度進(jìn)行測量； 52、 將被測樣品放置在位移臺上，保證被測樣品的一個透光面垂直于位移臺的工作臺 面且垂直于激光光源的光軸； 53、 開啟激光光源，調(diào)節(jié)反光鏡使被反光鏡反射的激光能夠返回到激光光源，并測量反 光鏡與被測樣品的透射面的夾角； 54、 啟動數(shù)據(jù)采集卡，沿激光光源的光軸方向移動位移臺并記錄位移臺的位移距離，光 電二極管產(chǎn)生的電流信號經(jīng)過信號處理單元處理后傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，并通過數(shù)據(jù)采集卡 發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲； 55、 計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出被測樣品的折射率。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種基于自混合干涉的折射率測量方法，其特征在于，所述步 驟S5包括以下分步驟： 551、 對數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣、濾波、歸一化幅值，然后計(jì)數(shù)條紋數(shù)量； 552、 建立折射率求取模型：
其中，η為被測樣品的折射率，λ為激光波長，N為條紋數(shù)量，d為位移距離，α為被測 樣品的兩個透射面的夾角，β為反光鏡與被測樣品的透射面的夾角； S53、將λ、Ν、(1、α、β的值代入折射率求取模型，計(jì)算出被測樣品的折射率η。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自混合干涉的折射率測量裝置，包括激光光源、位移臺、反射鏡、信號處理單元及數(shù)據(jù)處理單元，所述位移臺上裝載有被測樣品，所述激光光源、被測樣品及反射鏡依次光路連接，所述信號處理單元的輸入端與所述激光光源相連，其輸出端與所述數(shù)據(jù)處理單元。本發(fā)明還公開了一種基于自混合干涉的折射率測量方法。本發(fā)明無需傳統(tǒng)激光干涉儀的分束器和參考鏡等輔助光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本低廉，裝置易準(zhǔn)直，適用范圍廣。
【IPC分類】G01N21-45
【公開號】CN104535535
【申請?zhí)枴緾N201510022741
【發(fā)明人】黃文財(cái), 陳晨曦, 張?jiān)伇? 陳敏亮, 王曉忠
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月16日