专利名称：透明介质折射率的测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种透明介质折射率的测量装置及测量方法。
背景技术：
折射率是材料的重要物理参数之一，也是影响光学系统性能的重要因素。折射率测量的应用领域包括光学元件的设计和加工，食品、医药、化工等行业的成分检测和产品鉴定，薄膜检测，晶体材料研制，环境监测以及珠宝鉴定等。对一些要求较高的仪器系统，精确测量折射率也有着迫切的需求。目前的折射率测量方法主要包括测角法、干涉法、菲涅耳公式法等。其中测角法是通过角度测量来计算折射率，如最小偏向角法、临界角法(全反射法)等。然而，传统的折射率测量方法虽经过不断的改进，但精度难于进一步提高，例如最小偏向角法，要获得高的折射率测量精度，对待测样品的加工要求极高，而且设备庞大，因而成本很高。而临界角法(全反射法)测量折射率，因为需要满足临界角的条件，因此待测样品的折射率必须小于标准待测样品(一般为蓝宝石玻璃)的折射率，测量范围受到限制。并且两种测量方法均无法溯源。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种精度高、易于操作、且能够溯源的折射率测量方法和
测量装置。一种透明介质折射率的测量装置，其中，所述测量装置包括:一半外腔激光器，其包括一增益管及一输出腔镜，所述输出腔镜与所述增益管间隔并沿半外腔激光器的输出激光轴线共轴设置，形成激光谐振腔；一待测样品架，所述待测样品架位于所述增益管和所述输出腔镜之间，并与两者间隔，所述待测样品架设置于所述半外腔激光器输出激光的光路上；一稳频激光器，所述稳频激光器的输出激光轴线与所述半外腔激光器的输出激光轴线垂直设置；以及一信号采集与处理系统，所述信号采集与处理系统包括分光棱镜、偏振片、光电探测器及一拍频处理显示系统，所述半外腔激光器、稳频激光器与所述分光棱镜共轭设置。—种透明介质折射率的测量装置测量透明介质折射率的方法，包括以下步骤: 第一步，所述半外腔激光器为连续输出，模式为基横模，所述半外腔激光器的输出激光
照射到分光棱镜，且部分被分光棱镜反射；
第二步，调整稳频激光器的输出方向，使其输出激光照射到分光棱镜后，部分激光直接透过分光棱镜，与所述半外腔激光器经过分光棱镜后的反射光叠加；
第三步，将待测样品放入所述待测样品架上，调整待测样品，使所述半外腔激光器刚好能够出光，此时所述待测样品的表面法线与所述激光轴线所成的初始夹角为α，记录初始拍频量A ;
第四步，将待测样品旋转一定角度da，所述待测样品的转轴垂直于所述出射激光的轴线，此时记录下拍频值fn;
第五步，待测样品的折射率η由下列公式推得:
权利要求
1.一种透明介质折射率的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括: 一半外腔激光器，其包括一增益管及一输出腔镜，所述输出腔镜与所述增益管间隔并沿半外腔激光器的输出激光轴线共轴设置，形成激光谐振腔； 一待测样品架，所述待测样品架位于所述增益管和所述输出腔镜之间，并分别与所述增益管和所述输出腔镜间隔，所述待测样品架设置于所述半外腔激光器输出激光的轴线上； 一稳频激光器，所述稳频激光器的输出激光轴线与所述半外腔激光器的输出激光轴线垂直设置；以及 一信号米集与处理系统，所述信号米集与处理系统包括分光棱镜、偏振片、光电探测器及一拍频处理显示系统，所述半外腔激光器、稳频激光器与所述分光棱镜共轭设置。
2.如权利要求1所述的透明介质折射率的测量装置，其特征在于，所述分光棱镜、偏振片、光电探测器沿所述稳频激光器的输出激光轴线方向依次共轴设置。
3.如权利要求1所述的透明介质折射率的测量装置，其特征在于，所述分光棱镜、偏振片、光电探测器沿所述半外腔激光器的输出激光轴线方向依次共轴设置。
4.如权利要求1所述的透明介质折射率的测量装置，其特征在于，所述分光棱镜设置于所述半外腔激光器的输出激光轴线与所述稳频激光器输出激光轴线的交点上。
5.如权利要求4所述的透明介质折射率的测量装置，其特征在于，所述半外腔激光器的输出激光经分光棱镜反射后的激光分量，与所述稳频激光器的输出激光经分光棱镜透射后的激光分量重合。
6.一种应用权利要求1所述的透明介质折射率的测量装置测量透明介质折射率的测量方法，包括以下步 骤: 第一步，所述半外腔激光器为连续输出，模式为基横模，所述半外腔激光器的输出激光照射到分光棱镜，且部分被分光棱镜反射； 第二步，调整稳频激光器的输出方向，使其输出激光照射到分光棱镜后，部分激光直接透过分光棱镜，与所述半外腔激光器输出激光中被分光棱镜反射的部分激光叠加； 第三步，将待测样品放入所述待测样品架上，调整待测样品，使所述半外腔激光器刚好能够出光，此时所述待测样品的表面法线与所述激光轴线所成的初始夹角为α，记录初始拍频量A ; 第四步，将待测样品旋转一定角度da，旋转后所述半外腔激光器保持出光状态，且所述待测样品的转轴垂直于所述出射激光的轴线，此时记录下拍频值fn ; 第五步，待测样品的折射率η由下列公式获得:Icos2 a |/o -/ | η = ο +----1 , 2Msm a da 式中△为半外腔激光器的纵模间隔，h为待测样品的厚度，Iltl为待测样品周围的介质折射率，λ为激光波长。
7.如权利要求6所述的透明介质折射率的测量方法，其特征在于，待测样品具有两个相对且相互平行的平面设置于所述半外腔激光器的输出激光的轴线上。
8.如权利要求6所述的透明介质折射率的测量方法，其特征在于，所述半外腔激光器的输出激光为单纵模。
9.如权利要求6所述的透明介质折射率的测量方法，其特征在于，待测样品转动前后半外腔激光器输出频率的变化为:
10.如权利要求6所述的透明介质折射率的测量方法，其特征在于，半外腔激光器以及稳频激光器输出的激光经分光棱镜、偏振片混合，并照射到光电探测器后形成输出信号，所述输出信号经过放大后在拍频处理显示系统上显示出拍频量，并由拍频量计算折射率。
全文摘要
本发明提供一种透明介质折射率的测量装置，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输出腔镜，所述输出腔镜与所述增益管间隔并沿半外腔激光器的输出激光轴线共轴设置；一待测样品架，所述待测样品架位于所述增益管和所述输出腔镜之间并与两者间隔；一稳频激光器，所述稳频激光器的输出激光轴线与所述半外腔激光器的输出轴线垂直设置；以及一信号采集与处理系统，所述信号采集与处理系统包括分光棱镜、偏振片、光电探测器及一拍频处理显示系统。本发明进一步提供一种利用所述测量装置测量透明介质折射率的方法。
文档编号G01N21/41GK103105377SQ20121050262
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者张书练, 张鹏, 刘维新, 徐玲 申请人:清华大学