一种测量透明介质折射率的装置的制作方法

本实用新型属于物质折射率测量的技术领域，具体涉及一种测量透明介质折射率的装置。

背景技术：

测量折射率的方法归纳起来分两类，一类是利用几何光学来测量，另一类是利用波动光学来测量。常用的方法有：分光计最小偏向角法、阿贝折射仪临界角法、干涉法，另外还有布儒斯特角法、椭圆偏光法、全反射临界角法等等。目前的方法都有一定的缺陷，有些折射率的测量范围受到限制，如阿贝折射仪临界角法测量液体折射率的范围一般1.3-1.7，椭圆偏光法主要用于测定薄膜的折射率，有些要求对样品进行复杂加工（如分光计最小偏向角法），有些需要已知折射率的标准样品，有些调整仪器比较复杂，有些测量精度不高、通用性差等等。

基于迈克尔逊干涉仪测量折射率方案较多，基本上要求将透明介质做成薄膜，然后将其置于迈克尔逊干涉仪的其中一条光路中，通过选定某一参考点，如两臂光程差为0时作为参考，通过可动反射镜的平动，测出加入薄膜后光程差的改变，根据光程差的改变与折射率的关系，计算出折射率。这类方法，在判定光程差为0时的容易造成较大误差，精确度较低（3位有效数字），并且介质要做薄膜，较为麻烦。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型目的在于提供一种测量透明介质折射率的装置的技术方案。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

所述的一种测量透明介质折射率的装置，包括激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪，所述的迈克尔逊干涉仪包括平面反射镜M1、M2与分光板G1、补偿板G2，其特征在于在所述的迈克尔逊干涉仪平台上的平面反射镜M1与分光板G1之间设置旋转装置，所述的固定旋转装置包括固定在迈克尔逊干涉仪平台上的固定支架，所述固定支架上方转动配合连接用于插入透明介质的旋转支架，在迈克尔逊干涉仪平台上还设置用于固定螺旋测微器的螺旋测微器支架，旋转支架的螺杆与螺旋测微器的测微螺杆触接。

所述的一种测量透明介质折射率的装置，其特征在于平面反射镜M1与透明介质平行设置，即光线垂直入射透明介质，平面反射镜M1与分光板G1的几何路径为s，所述透明介质的厚度为e，透明介质折射率为n，旋转支架插入透明介质后光路（1）的光程满足：△=2s+2ne-2e；平面反射镜M1与透明介质夹角设置，即光线的入射角为i，折射角为r，平面反射镜M1与分光板G1的几何路径为s，所述透明介质的厚度为e，透明介质折射率为n，旋转支架插入透明介质后光路（1）的光程满足：△′=2s+2ne／cos r-2e cos（i-r）／cos r ；在满足入射角为i较小的情况下，光路（1）的光程变化满足：δ=△′-△=2ne（1／cos r-1）-2e[cos（i-r）／cos r-1]=（1-1／n）ei²。

所述的一种测量透明介质折射率的装置，其特征在于所述螺旋测微器的微分筒转动而观测到冒出（或缩进）的条纹数为k，光路（1）的光程变化满足：δ=（1-1／n）ei²=kλ，其中λ为光学匹配系统输出的激光束的波长。

所述的一种测量透明介质折射率的装置，其特征在于旋转支架与固定支架的固定点到螺旋测微器测微螺杆的触接点距离为l，螺旋测微器测微螺杆的触接点旋进距离为x，则透明介质的折射率为：n=1／(1- kλl²/ex²)。

所述的一种测量透明介质折射率的装置，其特征在于用平面反射镜M1、M2与分光板G1、补偿板G2组装成迈克尔逊干涉仪（或用KF-WSM型迈克尔逊干涉仪），并安装固定支架、旋转支架、螺旋测微器支架、螺旋测微器、激光器、扩束透镜构成。

本实用新型与现有技术相比具有如下突出优点和效果：

1）以转动替代平动进行测量，使本装置只需准确到0.01mm的螺旋测微器（不到100元）就可以实现原来需要专用准确到0.0001mm精密移动台（3000元左右）来实现的精确度，大大降低了成本；

2）有效数字可以达到4-5位，精度高；

3）多功能，多用途，通用性强，在一个平台上可测量透明固体与液体折射率，可直接测量板状透明固体样品（厚度为cm量级）的折射率及透明液体的折射率；检验板状透明介质两表面是否平行；如果采用已知厚度与折射率的透明玻璃板样品，可以测量未知激光波长；拓展迈克尔逊干涉仪功能，进行光的干涉实验；

4）测量方便，只需将板状样品切成大约5×5cm大小即可装在支架上进行测量，液体样品倒入5×5×1.2cm左右的长方体容器即可方便测量。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的整体排布结构示意图；

图2为本实用新型的旋转支架和固定支架安装结构示意图；

图3为本实用新型的旋转支架和固定支架分解结构示意图；

图4为本实用新型的螺旋测微器支架结构示意图；

图5为本实用新型的光路原理示意图；

图6为本实用新型的透明介质旋转后的局部光路原理示意图；

1-激光器，2-扩束透镜，3-透明介质，4-旋转支架，5-螺旋测微器，6-平台，7-螺旋测微器支架，8-固定支架。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1至图6所示，本实用新型提供的一种测量透明介质折射率的装置，包括激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪，所述的迈克尔逊干涉仪包括平面反射镜M1、M2与分光板G1、补偿板G2，也可使用KF-WSM型迈克尔逊干涉仪，在所述的迈克尔逊干涉仪平台上的平面反射镜M1与分光板G1之间设置旋转装置，所述的旋转装置包括固定在迈克尔逊干涉仪平台上的固定支架，所述固定支架上方转动配合连接用于插入透明介质的旋转支架，在迈克尔逊干涉仪平台上还设置用于固定螺旋测微器的螺旋测微器支架，旋转支架的螺杆与螺旋测微器的测微螺杆触接。

以迈克尔逊干涉仪作为平台，在其中一条光路中插入一板状透明介质，旋转板状透明介质，可以观察到条纹不断冒出（或缩进）。连续转动板状透明介质，当条纹从冒出变成缩进（或从缩进变成冒出）时，光线垂直入射板状透明介质，即使平面反射镜M1与透明介质平行设置，平面反射镜M1与分光板G1的几何路径为s，所述透明介质的厚度为e，透明介质折射率为n，旋转支架插入透明介质后光路（1）的光程满足：△=2s+2ne-2e；然后慢慢旋转微分筒，移动旋转支架螺杆，板状透明介质慢慢转过一个角度，通过板状透明介质的光程逐渐变大，如图3所示，即平面反射镜M1与透明介质夹角设置，此时光线的入射角为i，折射角为r，平面反射镜M1与分光板G1的几何路径为s，所述透明介质的厚度为e，透明介质折射率为n，旋转支架插入透明介质后光路（1）的光程满足：△′=2s+2ne／cos r-2e cos（i-r）／cos r ； 光路（1）的光程变化满足：δ=△′-△=2ne（1／cos r-1）-2e[cos（i-r）／cos r-1]；由折射定律可知：sin i=n sin r，由于入射角i与折射角r很小，因而可作如下近似：1／cos r=1+r²/2， cos i=1-i²/2，cos r=1-r²/2，cos（i-r）=1-（i-r）²/2；由此可知，δ=△′-△=2ne（1／cos r-1）-2e[cos（i-r）／cos r-1]=n（n-1）er²=（1-1／n）ei²。

所述的一种测量透明介质折射率的装置，当所述螺旋测微器的微分筒转动而观测到冒出或缩进的条纹数为k，光路（1）的光程变化满足：δ=（1-1／n）ei²=kλ，其中λ为光学匹配系统输出的激光束的波长，由此可得：1／n=1- kλ/ei²。

所述的一种测量透明介质折射率的装置，其特征在于旋转支架与固定支架的固定点到螺旋测微器测微螺杆的触接点距离为l，螺旋测微器的触接点旋进距离为x，因为i≈sin i=x/l，则透明介质的折射率为：n=1／(1- kλl²/ex²)。由此可见，只有测得透明介质的厚度e、其旋转支架与固定支架的固定点到螺旋测微器的测微螺杆接触点的距离l，冒出（或者缩进）的条纹数k，以及螺旋测微器的测微螺杆接触点旋进的距离x便可以求得透明固体介质的折射率n。

上述采用的样品为板状透明介质，对于液体样品，只要制作液体样品容器即可用同样的方法进行测量。若介质折射率及介质厚度已知，则反过来可测光源的波长。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。