光學元件折射率的檢測方法及其檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種針對小型光學元件折射率的非破壞性高精度的測試方法及其檢測裝置。光學元件折射率的檢測方法，該方法包括以下步驟：1）光源發出的光經過準直透鏡和光縫后，分別平行入射到第一樣品池和第二樣品池中，經會聚透鏡會聚于柱面鏡，在柱面鏡后的觀察管中看到上下兩列干涉條紋；2）將被測的光學元件放入第一樣品池中，上半部干涉條紋會相對下半部干涉條紋有移動；3）通過觀察干涉條紋的移動情況，計算出干涉級次，通過公式運算得到被測的光學元件的折射率值。本發明利用瑞利干涉儀，建立一套新的測試方法，采用其雙光束干涉精度高、結構簡單、使用方便的特點，實現對小型或異型光學元件折射率的非破壞性高精度測試。
【專利說明】光學元件折射率的檢測方法及其檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學元件折射率的檢測，特別涉及一種對小型光學元件非破壞性折射率的檢測方法及其檢測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著光學工業的發展，對各種小型的光學元件的要求不但數量大，而且質量要求也越來越高。光學元件的折射率參數是進行光學設計的基礎，只有精確掌握光學材料折射率的可靠數據，才能根據要求完成高質量的設計工作。而對于光學元件材料研究制造者而言，確定所研究的光學元件材料的折射率性能指標是重要的基本內容，是進行材料評定的技術基礎，也是生產定型的參考依據，因此，對光學元件折射率的精確測定是使用、研制光學元件的前提。
[0003]目前，對小型的光學元件的折射率測定方法主要有V棱鏡折射儀法、阿貝折射儀法、油浸法等。前2種方法均要求被測試樣是大于幾毫米的塊狀試樣，對于小型光學元件，要對其進行破壞，制成塊狀試樣進行測試，往往制樣較困難或不能制樣，尤其是采用熔融制樣后，材料的折射率會發生改變，如不快速急冷，則極易析晶，制樣時會產生失透而根本無法測量折射率，所測得的折射率并不能代表光學元件本身的折射率。而油浸法受阿貝儀測量范圍的限制以及人員經驗判斷的影響，對于小型光學元件折射率的測試范圍非常有限。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種針對小型光學元件折射率的非破壞性高精度的測試方法及其檢測裝置。
[0005]本發明解決技術問題所采用的技術方案是:光學元件折射率的檢測方法，該方法包括以下步驟:
[0006]I)在第一樣品池和第二樣品池中裝有相同的等量的折射液，光源發出的光經過準直透鏡和光縫后，分別平行入射到第一樣品池和第二樣品池中，入射光通過第一樣品池和第二樣品池以及第一補償器和第二補償器后，經會聚透鏡會聚于柱面鏡，在柱面鏡后的觀察管中看到上下兩列干涉條紋，一列由光縫的上半部分兩束光干涉形成，一列由光縫的下半部分兩束光干涉形成，上、下半部分的光程差不變，干涉條紋固定不動，上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊；
[0007]2)將被測的光學元件放入第一樣品池中，上半部干涉條紋會相對下半部干涉條紋有移動；
[0008]3)引起的光程差為:A = (Ii2-1i1)L=IU
[0009]上式中:λ—光源波長在一對應光程差的干涉級；L一被測的光學元件試樣沿光軸方向的長度一被測的光學元件的折射率；n2—樣品池內折射液的折射率；
[0010]通過觀察干涉條紋的移動情況，計算出干涉級次，代入上式中，得到被測的光學元件的折射率值H1。[0011]進一步的，所述步驟3)為:當上半部干涉條紋相對下半部干涉條紋向上移動時，說明Ii1W2，這時在第一樣品池中加入高折射率的折射液；當上半部干涉條紋相對下半部干涉條紋向下移動時，說明ηι〈η2，這時在第一樣品池中加入低折射率的折射液，慢慢滴加折射液并混勻，使第一樣品池和第二樣品池中的折射液均勻一致，同時觀察干涉條紋，直到上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊為止，然后將樣品池內的折射液取出，測試其對應干涉波長的折射率值，即得到被測光學元件的折射率值ηι。
[0012]進一步的，步驟3)所述測試樣品池內的折射液對應干涉波長的折射率值是采用V棱鏡折光儀或測角儀測試。
[0013]進一步的，所述被測光學元件是異型光學元件。
[0014]進一步的，所述被測光學元件是形狀尺寸規整的方形或圓形的小型光學元件。
[0015]進一步的，所述將被測的光學元件放入第一樣品池中是通過第一樣品池上的小孔將被測的光學元件放入第一樣品池中。
[0016]光學元件折射率的檢測裝置，按光路依次為:光源、準直透鏡、光縫、樣品池、補償器、會聚透鏡、柱面鏡和觀察管，所述樣品池包括第一樣品池和第二樣品池，所述補償器包括第一補償器和第二補償器。
[0017]進一步的，在所述第一樣品池上開有小孔。
[0018]進一步的，所述第一樣品池和第二樣品池是連通的。
[0019]本發明的有益效果是:本發明利用瑞利干涉儀，建立一套新的測試方法，采用其雙光束干涉精度高、結構簡單、使用方便的特點，實現對小型或異型光學元件折射率的非破壞性高精度測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的檢測光路圖。
[0021]圖2是本發明的另一種檢測光路圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明利用瑞利干涉儀(Rayleigh interferometer),采用其雙光束干涉精度高、結構簡單、使用方便的特點，實現對小型或異型光學元件折射率的非破壞性高精度測試。
[0023]本發明的檢測裝置按光路依次為:光源1、準直透鏡2、光縫3、樣品池、補償器、會聚透鏡7、柱面鏡8和觀察管9，上述樣品池包括第一樣品池4和第二樣品池5，上述補償器包括第一補償器10和第二補償器11，在上述第一樣品池4上開有小孔6。
[0024]圖1所示為本發明針對形狀尺寸規整的方形、圓形等小型光學元件進行折射率檢測的光路圖。
[0025]光源I發出的光經過準直透鏡2和光縫3后，分別平行入射到第一樣品池4和第二樣品池5中，入射光通過第一樣品池4和第二樣品池5以及第一補償器10和第二補償器11后，經會聚透鏡7會聚于柱面鏡8，在柱面鏡8后的觀察管9中可以看到上下兩列干涉條紋，一列由光縫3的上半部分兩束光干涉形成；一列由光縫3的下半部分兩束光干涉形成。
[0026]開始測試時，首先在第一樣品池4和第二樣品池5中都裝有相同的等量的折射液，光通過樣品池不發生光程差，上、下半部分的光程差不變，干涉條紋固定不動，這樣在干涉儀中下半部干涉條紋就是上半部干涉條紋的固定標記，上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊。
[0027]然后將被測的光學元件從小孔6放入第一樣品池4中，由于被測的光學元件的折射率Ii1與樣品池內折射液的折射率n2有差異，引起的光程差為:
[0028]Δ = (Ii2-1i1) L=K λ.....................(I)
[0029](I)式中:
[0030]λ —光源波長；
[0031]K 一對應光程差的干涉級；
[0032]L 一被測的光學元件沿光軸方向的長度。
[0033]上半部干涉條紋會相對下半部干涉條紋有移動，通過觀察干涉條紋的移動情況，計算出干涉級次，代入式(I )，得到被測的光學元件的折射率值n1;從而實現對小型光學元件進行折射率的測試。
[0034]圖2是對一般任意外型尺寸的異型光學元件進行折射率檢測的光路圖。不同的是，圖2中第一樣品池4和第二樣品池5是連通的。
[0035]開始測試時，首先在第一樣品池4和第二樣品池5中都裝有相同的等量的折射液，光通過樣品池不發生光程差，上、下半部分的光程差不變，干涉條紋固定不動，這樣在干涉儀中下半部干涉條紋就是上半部干涉條紋的固定標記，上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊。
[0036]然后將被測的光學元件從小孔6放入第一樣品池4中，由于被測的光學元件的折射率H1與樣品池內折射液的折射率n2有差異，上半部干涉條紋會相對下半部干涉條紋有移動。當上半部干涉條紋相對下半部干涉條紋向上移動時，說明ηι>η2 ;當上半部干涉條紋相對下半部干涉條紋向下移動時，說明η,ιν
[0037]當ηι>η2時，在第一樣品池4中加入高折射率的折射液，慢慢滴加折射液并混勻，使第一樣品池4和第二樣品池5中的折射液均勻一致，同時觀察干涉條紋，直到上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊為止。然后，將此時樣品池內的折射液取出，用V棱鏡折光儀或測角儀測試其對應干涉波長的折射率值，即得到被測小型異型光學元件的折射率值。
[0038]當ηι〈η2時，在第一樣品池4中加入低折射率的折射液，同樣,慢慢滴加折射液并混勻，使第一樣品池4和第二樣品池5中的折射液均勻一致，同時觀察干涉條紋，直到上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊為止。然后，將此時樣品池內的折射液取出，用V棱鏡折光儀或測角儀測試其對應干涉波長的折射率值，即得到被測小型異型光學元件的折射率值。
[0039]上面描述的檢測方法都是基于第一樣品池4在第二樣品池5的正上方進行的。實際上，采用圖2的方法也可以針對形狀尺寸規整的方形、圓形等小型光學元件進行折射率測試，只不過相對圖1的方法來說，復雜一些而已。
【權利要求】
1.光學元件折射率的檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)在第一樣品池(4)和第二樣品池(5)中裝有相同的等量的折射液，光源(I)發出的光經過準直透鏡(2)和光縫(3)后，分別平行入射到第一樣品池(4)和第二樣品池(5)中，入射光通過第一樣品池(4)和第二樣品池(5)以及第一補償器(10)和第二補償器(11)后，經會聚透鏡(7)會聚于柱面鏡(8)，在柱面鏡(8)后的觀察管(9)中看到上下兩列干涉條紋，一列由光縫(3)的上半部分兩束光干涉形成，一列由光縫(3)的下半部分兩束光干涉形成，上、下半部分的光程差不變，干涉條紋固定不動，上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊； 2)將被測的光學元件放入第一樣品池(4)中，上半部干涉條紋會相對下半部干涉條紋有移動； 3)引起的光程差為:Δ= (Ii2-1i1) L=K λ 上式中:λ—光源波長；Κ一對應光程差的干涉級；L一被測的光學兀件試樣沿光軸方向的長度一被測的光學元件的折射率；n2—樣品池內折射液的折射率； 通過觀察干涉條紋的移動情況，計算出干涉級次，代入上式中，得到被測的光學元件的折射率值Ii1。
2.如權利要求1所述的光學元件折射率的檢測方法，其特征在于，所述步驟3)為:當上半部干涉條紋相對下半部干涉條紋向上移動時，說明Ii1M2，這時在第一樣品池(4)中加入高折射率的折射液；當上半部干涉條紋相對下半部干涉條紋向下移動時，說明ηι〈η2，這時在第一樣品池(4)中加入低折射率的折射液，慢慢滴加折射液并混勻，使第一樣品池(4)和第二樣品池(5)中的折射液均勻一致，同時觀察干涉條紋，直到上半部干涉條紋和下半部干涉條紋對齊為止，然后將樣品池內的折射液取出，測試其對應干涉波長的折射率值，即得到被測光學元件的折射率值H1。
3.如權利要求2所述的光學元件折射率的檢測方法，其特征在于，步驟3)所述測試樣品池內的折射液對應干涉波長的折射率值是采用V棱鏡折光儀或測角儀測試。
4.如權利要求2所述的光學元件折射率的檢測方法，其特征在于，所述被測光學元件是異型光學元件。
5.如權利要求1所述的光學元件折射率的檢測方法，其特征在于，所述被測光學元件是形狀尺寸規整的方形或圓形的小型光學元件。
6.如權利要求1所述的光學元件折射率的檢測方法，其特征在于，所述將被測的光學元件放入第一樣品池(4)中是通過第一樣品池(4)上的小孔(6)將被測的光學元件放入第一樣品池(4)中。
7.權利要求1所述的光學元件折射率的檢測方法的檢測裝置，其特征在于，按光路依次為:光源(I)、準直透鏡(2)、光縫(3)、樣品池、補償器、會聚透鏡(7)、柱面鏡(8)和觀察管(9)，所述樣品池包括第一樣品池(4)和第二樣品池(5)，所述補償器包括第一補償器(10)和第二補償器(11)。
8.如權利要求7所述的光學元件折射率的檢測裝置，其特征在于，在所述第一樣品池(4)上開有小孔(6)。
9.如權利要求7所述的光學元件折射率的檢測裝置，其特征在于，所述第一樣品池(4)和第二樣品池(5)是連通的。
【文檔編號】G01M11/02GK103776801SQ201210394056
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2012年10月17日
【發明者】周佺佺, 吳志強 申請人:成都光明光電股份有限公司