光學材料折射率曲線測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學測量領域，具體設及一種光學材料折射率曲線測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 折射率是有材料的分子極化率確定的一個光學參數，是一個重要的物理量，它決 定了光在材料里的傳播路徑和速度。對于一般材料折射率還會隨著波長變化而變化，即材 料的色散。各波長的光具有不同的折射率將導致個波長的光在材料中的路徑和速度不同， 最簡單的例子就是光學透鏡的色差。對材料的各個波長的折射率進行測量具有重要意義。
[0003] 常用的折射率曲線的測量方法有測角法和干設法兩大類。測角法包括最小偏折 法、V棱鏡和自準直法等。運些方法是將材料加工成特定的形狀，通過復雜的操作獲取特定 的幾個波長的折射率值，對運些離散的折射率值采用數據擬合的方法最終獲取整個波段的 折射率曲線。運種方法操作繁瑣，并不是一種方面的測量方法。干設法包括F-P干設儀和 寬帶光相干干設法等。F-P干設儀僅能對薄透明體測量，并且光路調整復雜測量時間長；寬 帶光相干干設法是利用邁克爾遜干設儀裝置獲取不同波長的干設信息進而得到因為待測 樣品而引入的光程，然而此方法只能測量得到材料的群折射率信息，并不能得到材料的折 射率曲線。
[0004] 本發明在已有的寬帶光相干干設基礎上，通過分析群折射率和折射率的關系，提 出了一種數據擬合的從群折射率曲線求折射率曲線的近似計算方法，并設計了激光雙縫干 設裝置用確定某一波長所對應的折射率值，結合運個折射率值提出了一種積分的精確的折 射率曲線的算法。本發明可W對光學材料的折射率曲線進行測量，具有高效、高精度等優 點。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種可W對光學材料的折射率曲線進行測量，具有高效、 高精度等優點的光學材料折射率曲線測量方法及裝置。
[0006] 為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種光學材料折射率曲線測量方法，包括 如下步驟， S1:通過一寬帶光相干干設系統測量待測光學材料不同波長的群折射率值； S2:通過一激光雙縫干設系統測量待測光學材料在一確定的激光的波長下對應的折射 率值； S3:采用積分算法結合步驟S1及S2的測量結果對待測光學材料在整個波長范圍的群 折射率值進行計算，進而得到待測光學材料在整個波長范圍的折射率曲線。
[0007] 在本發明一實施例中，所述積分算法公式如下：
其中，胃^?|是待測光學材料的待求折射率值，^;0是^^!所對應的波數，巧；^。.;是待測光 學材料在確定的激光的波長下對應的折射率值，是所對應的波數，聲o)是待測光學 材料的群折射率值，k是%《|所對應的波數。
[0008] 在本發明一實施例中，在步驟S1中，所述寬帶光相干干設系統是W寬帶光源為發 光源的邁克爾干設儀，通過采集邁克爾干設儀的其中一光束臂插入待測光學樣品前后的干 設光譜信號進而獲得待測光學材料的群折射率值。
[0009] 在本發明一實施例中，所述待測光學材料不同波長的群折射率值的具體獲取方式 為： S11 :在不同波長的寬帶光源下，通過采集邁克爾干設儀的其中一光束臂插入待測光學 樣品前后的干設光譜信號，從而獲得待測光學材料整個波段的干設光譜信號； S12:將整個波段的干設光譜信號按波長進行分段，采用短時傅里葉變換技術對其進行 處理，獲取因為待測光學樣品引入而增加的光程，并利用
計算出各個波 長所對應的群折射率值，其中，雜是光程差，d是待測光學材料的厚度。
[0010] 在本發明一實施例中，所述步驟S12后還包括一步驟，即根據步驟S12獲得的各個 波長所對應的群折射率值，采用數據擬合的方法獲得近似的各個波長的折射率值，具體如 下： 將群折射值鳴if通過下式按波數k進行級數展開：
則近似的折射率值嗎玲可按下式計算：
其中，n為正整數； 根據上述獲得的近似的各個波長的折射率值，即可獲得寬帶光相干干設系統在插入待 測光學樣品前后的條紋偏移的整數部分偏移量。
[0011] 在本發明一實施例中，在步驟S2中，通過所述激光雙縫干設系統測量待測光學材 料在一確定的激光的波長下對應的折射率值的方式為：通過將待測光學材料放置于所述激 光雙縫干設系統的單縫片與雙縫片之間，并使待測光學材料的邊緣處于雙縫片兩條狹縫中 央，W使得待測光學材料剛好擋住雙縫片的一條狹縫；在確定的激光波長下，通過分析插入 待測光學材料前后兩次的干設條紋圖像，獲得條紋偏移的小數部分偏移量，從而獲得條紋 偏移量，根據條紋偏移量乘W確定的激光波長，獲取因為插入待測光學材料而增加的光程 差，精確確定待測光學材料在該確定的激光波長下所對應的折射率值 本發明還提供了一種光學材料折射率曲線測量裝置，包括用于測量待測光學材料不同 波長的群折射率值的寬帶光相干干設系統及用于測量該待測光學材料在一確定的激光波 長下對應的折射率值的激光雙縫干設系統，結合待測光學材料不同波長的群折射率值及其 在一確定的激光波長下對應的折射率值，通過積分算法，即可得到待測光學材料在整個波 長范圍的折射率曲線。
[0012] 在本發明一實施例中，所述積分算法公式如下： CN 105115940 A 坑明巧 3/6頁
其中，是待測光學材料的待求折射率值，是^錢g自所對應的波數，琴目i是待測光 學材料在確定的激光的波長下對應的折射率值，是綜瞧I所對應的波數堤待測光學 材料的群折射率值，k是t苗(輯所對應的波數。
[0013] 在本發明一實施例中，所述寬帶光相干干設系統包括寬帶光源、第一透鏡、第二透 鏡、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、光譜儀；寬帶光源發出的光經第一透鏡準直后，被分 光鏡分為參考臂光束和樣品臂光束，其中樣品臂光束中插入待測光學材料，兩束光束經第 一反射鏡、第二反射鏡反射后，返回分光鏡匯合并經第二透鏡聚焦后被光譜儀采集。
[0014] 在本發明一實施例中，所述激光雙縫干設系統包括激光光源、單縫片、雙縫片、觀 察屏，所述激光雙縫干設系統測量待測光學材料在確定的激光波長下所對應的折射率值的 原理為：首先，激光光源發射的光經單縫片、雙縫片，在觀察屏上形成參考干設條紋圖像，然 后，將待測光學材料置于單縫片、雙縫片之間，并使得待測光學材料剛好擋住雙縫片的一條 狹縫，通過激光光源發射的光經單縫片、待測光學材料、雙縫片，在觀察屏上形成偏移干設 條紋圖像，通過分析對比偏移干設條紋圖像與參考干設條紋圖像，即可獲得待測光學材料 在確定的激光波長下所對應的折射率值。
[0015] 相較于現有技術，本發明具有W下有益效果：本發明簡化了傳統復雜的操作，實現 材料在整個波段的折射率曲線的簡易測量，是一種快速便捷的高精度的實用性強的材料折 射率測量方法。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明的寬帶光相干干設系統。
[0017] 圖2為激光雙縫干設系統。
[0018] 圖3為本發明實施實例的寬帶光相干干設信號圖。
[0019] 圖4為本發明實施實例的群折射率和擬合算法得到的近似折射率曲線。
[0020] 圖5為本發明實施實例的激光雙縫干設圖樣。
[0021] 圖6為本發明實施實例的測量結果圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖，對本發明的技術方案進行具體說明。
[0023] 如圖1-6所示，本發明的一種光學材料折射率曲線測量方法，包括如下步驟， 51 :通過一寬帶光相干干設系統測量待測光學材料不同波長的群折射率值； 52 :通過一激光雙縫干設系統測量待測光學材料在一確定的激光的波長下對應的折射 率值； 53 :采用積分算法結合步驟S1及S2的測量結果對待測光學材料在整個波長范圍的群 折射率值進行計算，進而得到待測光學材料在整個波長范圍的折射率曲線，所述積分算法 公式如下： CN105115940A 說明書 4/6 頁
其中，是待測光學材料的待求折射率值，是^錢g自所對應的波數，驗||是待測光 學材料在確定的激光的波長下對應的折射率值，是雜議所對應的波數堤待測光學 材料的群折射率值，k是''\識所對應的波數。
[0024]在步驟S1中，所述寬帶光相干干設系統是W寬帶光源為發光源的邁克爾干設儀， 通過采集邁克爾干設儀的其中一光束臂插入待測光學樣品前后的干設光譜信號進而獲得 待測光學材料的群折射率值，具體獲取方式為： S11 :在不同波長的寬帶光源下，通過采集邁克爾干設儀的其中一光束臂插入待測光學 樣品前后的干設光譜信號，從而獲得待測光學材料整個波段的干設光譜信號； S12:將整個波段的干設光譜信號按波長進行分段，采用短時傅里葉變換技術對其進行 處理，獲取因為待測光學樣品引入而增加的光程，并利用％^巧粉I.;，計算出各個波 長所對應的群折射率值，其中，&^?是光程差，(1是待測光學材料的厚度。
[00巧]根據步驟S12獲得的各個波長所對應的群折射率值，采用數據擬合的方法獲得近 似的各個波長的折射率值，具體如下： 將群折射值嫁i;通過下式按波數k進行級數展開：
則近似的折射率值可按下式計算：
其中，n為正整數； 根據上述獲得的近似的各個波長的折射率值，即可獲得寬帶光相干干設系統在插入待 測光學樣品前后的條紋偏移的整數部分偏移量。
[0026]通過所述激光雙縫干設系統測量待測光學材料在一確定的激光的波長下對應的 折射率值的方式為：通過將待測光學材料放置于所述激光雙縫干設系統的單縫片與雙縫片 之間，并使待測光學材料的邊緣處于雙縫片兩條狹縫中央，W使得待測光學材料剛好擋住 雙縫片的一條狹縫；在確定的激光波長下，通過分析插入待測光學材料前后兩次的干設條 紋圖像，獲得條紋偏移的小數部分偏移量，從而獲得條紋偏移量，根據條紋偏移量乘W確定 的激光波長，獲取因為插入待測光學材料而增加的光程差，精確確定待測光學材料在該確 定的激光波長下所對應的折射率值 本發明還提供了一種光學材料折射率曲線測量裝置，包括用于測量待測光學材