[发明专利]中红外多波长材料折射率的测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料折射率测量技术领域，特别是一种在室温条件下中红外波长材料折射率的测量装置及其测量方法。 

背景技术

目前，对于材料折射率的测量方法多种多样，最常用的方法有V形棱镜法、最小偏向角法等。虽然这些方法在特定波长可以给出待测材料比较精确的折射率，但前提是要求待测材料具备很好的透明性、折射率均匀性以及较大的尺寸，同时对于待测材料的形状和加工精度也有着严格要求，而且在测量过程中，有些方法需要使用对人体有害的试剂辅助测量，从而使这些方法在测量材料折射率过程中带有很大的局限性。即便如此，现有的测量方法对于材料折射率测量都局限在可见光及近红外波段，而对于材料在中红外波长的折射率，一般只能通过对待测材料在可见光及近红外波段测得的折射率数据利用经验公式进行拟合获得，无法保证拟合数据的准确性，从而给实际应用带来非常大的不便，在一定程度上限制了中红外光学材料与器件的发展。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种中红外多波长材料折射率的测量装置及其测量方法，通过测量待测材料在不同中红外波长下的表面反射率，利用菲涅尔公式计算获得待测材料的精确折射率，解决目前各种材料在中红外波长折射率无法直接测量的现状。

本发明的技术解决方案如下：

一种中红外波长材料折射率的测量装置，特点在于其构成包括激光二极管、光束整形装置、输入镜、激光晶体、球面高反镜、棱镜对、狭缝、输出耦合镜、法拉第隔离器、半透半反镜、可调光阑、精密旋转台、光谱仪和双通道功率计，各元件的连接关系是：沿光路依次是所述的激光二极管、光束整形装置、输入镜、激光晶体和球面高反镜，所述的球面高反镜将输入光分为第一反射光束和第一透射光束，第一透射光束进入所述的光谱仪，沿第一反射光束光路依次是所述的棱镜对、狭缝、输出耦合镜、法拉第隔离器和半透半反镜，所述半透半反镜将其输入光分为第二反射光束和第二透射光束，第二透射光束被所述的双通道功率计的第一探头接收，第二反射光束经所述的可调光阑垂直入射到待测材料上，并沿原路返回，经可调光阑后再次入射到半透半反镜上，半透半反镜将其分为第三反射光束和第三透射光束，第三反射光束被所述的法拉第隔离器隔离，第三透射光束被所述的双通道功率计的第二探头接收。

所述的激光晶体为掺铥钙锂铌镓石榴石晶体（Tm:CLNGG）。

一种利用权利要求1所述的中红外波长材料折射率的测量装置的测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

①   准备待测材料，使其具有一个不小于3mmх3mm的光学抛光面，同时测量半透半反镜（10）在装配角度下不同波长的功率反射率                                                ；

②   将待测材料固定于精密旋转台（13）上，调整可调光阑（11）和精密旋转台（13），使入射光垂直入射到待测材料的光学抛光面；

③   分别在双通道功率计（15）的第一通道上读出功率值P₁，在双通道功率计（15）的第二通道上读出功率值P₂，在光谱仪（14）读出波长值并记录相应数据；

④   逐步改变狭缝7的位置，对激光输出波长在光谱范围内进行连续调谐，并重复第②、③步骤，记录下不同激光波长下对应的功率数据P₁ 和P₂；

⑤   利用半透半反镜（10）在装配角度下不同波长的功率反射率、不同激光波长下测得的功率数据P₁ 和P₂以及公式计算出不同中红外激光波长下待测材料的折射率数据，进一步拟合得到材料的色散曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）实现了各种材料在中红外宽带光谱范围内不同波长折射率的直接测量，为光学材料在中红外宽波段范围内色散曲线拟合、材料色散补偿以及中红外材料光学镀膜等应用提供了可靠的数据支持。

（2）待测材料只有一个不小于3mmх3mm的光学抛光表面即可进行测量，从而大大简化了测量过程，降低了测量成本。

（3）由于是通过测量待测材料的反射率来获得折射率数据，因而对材料的光学透过率没有要求，理论上表面光学抛光的任何材料均可实现测量，可实现对于低透过率材料折射率的直接测量，大大拓宽了可测材料的范围。