光学材料折射率的测量系统及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光测量技术领域，尤其涉及一种光学材料折射率的测量系统及测量 方法。
【背景技术】
[0002] 折射率是材料最重要的光学参数之一，它的准确性是光学系统设计和制造的基 础。折射率的精确测量在光学设计，宝石鉴定，液体浓度、纯度鉴定，食品、医药、化工等领域 都具有重要的意义。
[0003] 目前，现有的折射率测量方法主要分为测角法和干涉法两大类。其中，最小偏向角 法的测量精度最高，并作为国家标准在计量院中使用。但是，该方法对样品的加工精度要求 极高，需要棱镜顶角精度优于〇. 2"，最小偏向角的测角精度优于0. 4"。这些高难度的加 工和高配置的测量系统使得系统价格非常昂贵，体积也很庞大，因此该方法只适用于标定 而不适于日常使用。V棱镜法和全反射法在实际中被广泛应用，并且都可以对固体和液体 样品进行测量。但是，这两种方法测量范围都有限（I. 3~1. 7)，并且需要匹配液或配合棱镜 等，限制了样品的折射率范围和测量精度，无法满足大折射率材料和新材料的发展需求。
[0004] 另外，现有技术中测量系统的测量精度还很容易受到激光功率波动、空气扰动和 振动的影响，对环境要求苛刻。
【发明内容】
[0005] 综上所述，确有必要提供一种测量精度高、测量范围广并且环境抗干扰性强的光 学材料折射率的测量系统和测量方法。
[0006] 一种光学材料折射率的测量系统，包括：一激光模组，用于连续的输出激光；一分 光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组间隔设置， 将激光器输出的激光分为反射光及透射光；一光电探测模组，设置于所述反射光的光路上， 并将反射光转换为电信号；一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组 输入的电信号进行处理；其中，进一步包括：一声光移频模组，设置于从分光镜出射的透射 光的光路上，并对透射光进行移频，形成一参考光及一测量光，其中所述参考光为透射光经 过声光移频模组时未发生衍射的光，所述测量光为透射光经过声光移频模组时发生衍射的 光；一参考回馈镜，设置于从声光移频模组出射的参考光的光路上，用以将参考光反射，使 参考光沿从声光移频模组出射的测量光的光路返回；一测量回馈镜，与所述参考回馈镜间 隔设置，从参考回馈镜出射的测量光经过测量回馈镜反射后沿原光路返回；一位移装置，设 置于所述参考回馈镜与测量回馈镜之间，用于承载待测样品并驱动待测样品产生位移；以 及一位移测量系统，与信号处理系统相连，用于探测待测样品的位移Δ1，并将测量结果导 入信号处理系统。
[0007] 一种应用如上所述的光学材料折射率的测量系统测量光学材料折射率的测量方 法，包括：激光模组连续输出激光，模式为单纵模、基横模；将待测样品设置于位移装置中， 所述待测样品包括一第一表面及第二表面，所述第一表面与第二表面形成一夹角α，所述 0° <α〈90°，并使第一表面垂直于测量光；调整测量回馈镜，使得入射到测量回馈镜的测 量光沿原光路返回；驱动待测样品沿平行于第二表面的方向移动，且该位移方向与第一表 面的夹角为α，位移探测装置将探测到的待测样品的位移Λ1，传送至信号处理系统，同时 由信号处理系统计算得到由于待测样品位移引起的光程变化AL;根据夹角α、待测样品 的位移△ 1和光程变化△ L计算得到待测样品的折射率η。
[0008] 一种应用如上述的光学材料折射率的测量系统测量光学材料折射率的测量方法， 包括：激光模组连续输出激光，模式为单纵模、基横模；将待测样品设置于位移装置中，所 述待测样品包括一第一表面及第二表面，所述第一表面与第二表面形成一夹角α，所述 0° <α〈90°，并使第一表面垂直于从参考回馈镜出射的测量光；调整测量回馈镜，使得入 射到测量回馈镜的测量光沿原光路返回；驱动待测样品沿平行于第一表面的方向移动，弓丨 起测量光光程发生变化，位移探测装置将探测到的待测样品的位移△ 1，传送至信号处理系 统，得到由于待测样品位移引起的光程变化AL;根据夹角α、待测样品的位移Λ1和光程 变化AL计算得到待测样品的折射率η。
[0009] 一种应用如上所述的光学材料折射率的测量系统测量光学材料折射率的测量方 法，包括：激光模组连续输出激光，模式为单纵模、基横模；提供一第一待测样品及一第二 待测样品，所述第一待测样品及第二待测样品均包括一第一表面及一第二表面，所述第一 表面与第二表面形成一夹角α，所述0° <α〈90°，将第一待测样品固定，将第二待测样品 设置于位移装置中，并且所述第一待测样品及第二待测样品的第二表面相互贴合，所述第 一待测样品及第二待测样品的第一表面均垂直于从参考回馈镜出射的测量光；调整测量回 馈镜，对从第一待测样品及第二待测样品出射的测量光反射，使入射到测量回馈镜的测量 光沿原光路返回；驱动第二待测样品沿平行于第二表面的方向相对于第一待测样品位移， 引起测量光光程发生变化，位移探测装置将探测到的第二待测样品的位移△ 1，传送至信号 处理系统，得到由于第二待测样品位移引起的光程变化AL;根据夹角α、待测样品的位移 Λ 1和光程变化Λ L计算得到待测样品的折射率η。
[0010] 与现有技术相比较，本发明所述的光学材料折射率的测量系统及其测量方法，利 用激光器移频回馈的原理来测量折射率，采用外差测相的方法计算样品位移导致的光程变 化，测量精度高。参考光和测量光准共路的结构使得系统有较强的环境抗干扰性，应用场合 广。所述测量方法操作简单，折射率测量范围广，成本较低，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0011]图1为本发明第一实施例提供的光学材料折射率测量系统示意图。
[0012] 图2为图1所述的光学材料折射率测量方法中样品位移几何关系示意图。
[0013] 图3为本发明第二实施例所述的光学材料折射率测量方法中样品位移几何关系 示意图。
[0014] 图4为本发明第三实施例所述的光学材料折射率测量方法中样品位移几何关系 示意图。
[0015] 主要元件符号说明
【主权项】
1. 一种光学材料折射率的测量系统，包括： 一激光模组，用于连续的输出激光； 一分光镜，设置于从所述激光模组输出激光的光路上，且所述分光镜与所述激光模组 间隔设置，将激光器输出的激光分为反射光及透射光； 一光电探测模组，设置于所述反射光的光路上，并将反射光转换为电信号； 一信号处理系统，与所述光电探测模组相连，将光电探测模组输入的电信号进行处 理； 其特征在于，进一步包括： 一声光移频模组，设置于从分光镜出射的透射光的光路上，并对透射光进行移频，形成 一参考光及一测量光，其中所述参考光为透射光经过声光移频模组时未