[发明专利]透明介质折射率的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，是关于一种利用激光纵模间隔变化测量透明介质折射率的测量装置及其测量方法。

背景技术

折射率是材料的重要物理参数之一，也是影响光学系统性能的重要因素。折射率测量的应用领域包括光学元件的设计和加工，食品、医药、化工等行业的成分检测和产品鉴定，薄膜检测，晶体材料研制，环境监测以及珠宝鉴定等。对一些要求较高的系统，折射率的精确测量是必要的条件。

目前的折射率测量方法主要包括测角法、干涉法、菲涅耳公式法等。其中测角法是通过测量角度来计算折射率，包括最小偏向角法、临界角法（全反射法）、V棱镜法、自准直法、斯涅耳定律、布儒斯特角法等。干涉法利用双光束干涉中的光程改变量来计算折射率，包括迈克尔逊干涉法、马赫-泽德干涉法、F-P干涉仪法、瑞利干涉法、杨氏干涉、等厚干涉、等倾干涉等。菲涅尔公式法是利用测量p或s偏振光的反射系数来计算折射率。此外，折射率的测量方法还包括莫尔条纹法、光谱法、椭偏仪法、毛细管聚焦法、三真空管等效波长法等。

然而，传统的折射率测量方法和测量装置不能溯源，精度难于进一步提高，测量范围受限或是加工和配制复杂。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种具有易于操作的，高灵敏度、高精度，且具有溯源可能的折射率测量方法和测量装置。

一种透明介质折射率的测量装置，包括：半外腔激光器，所述半外腔激光器包括一增益管及一输出腔镜，所述输出腔镜置于所述增益管的下方，且与所述增益管间隔设置共同构成激光谐振腔；一样品座，所述样品座设置于所述增益管与输出腔镜之间，用以承载被测样品，所述样品座包括一通光孔，使半外腔激光器产生的激光穿过所述通光孔；一数据采集及处理系统，包括偏振片、雪崩光电二极管以及数据处理系统，所述偏振片设置于所述样品座的下方，以混合半外腔激光器产生的激光中不同偏振方向的输出频率，所述雪崩光电二极管设置于所述偏振片的下方，以探测拍频并将拍频输出至数据处理系统。

一种透明介质折射率的测量方法，包括以下步骤：提供一半外腔激光器，所述半外腔激光器包括一增益管及一输出腔镜，所述输出腔镜置于所述增益管的下方，且与所述增益管间隔设置共同构成激光谐振腔，所述半外腔激光器运行模式为基横模、连续输出，两个以上纵模同时振荡；在所述增益管与输出腔镜之间设置一样品座，所述样品座包括一通光孔，所述半外腔激光器产生的激光穿过所述通光孔；提供一数据采集及处理系统，包括偏振片、雪崩光电二极管以及数据处理系统，所述偏振片设置于所述样品座的下方，以混合半外腔激光器产生的激光中不同偏振方向的输出频率，所述雪崩光电二极管设置于所述偏振片的下方，以探测纵模间隔并将纵模间隔输出至数据处理系统；由数据处理系统读取并记录未设置被测样品时的初始纵模间隔Δ₀；将被测样品设置于所述样品座，使所述半外腔激光器发出的激光穿过所述样品及所述样品座的通光孔，并通过数据处理系统记录放入样品后的纵模间隔Δ_n；通过纵模间隔公式计算得到所述被测样品的折射率。

一种透明介质折射率的测量方法，包括以下步骤：提供一半外腔激光器，所述半外腔激光器包括一增益管及一输出腔镜，所述输出腔镜置于所述增益管的下方，且与所述增益管间隔设置共同构成激光谐振腔，所述半外腔激光器运行模式为基横模、连续输出，两个以上纵模同时振荡；在所述增益管与输出腔镜之间设置一样品座，所述样品座包括一通光孔，所述半外腔激光器产生的激光穿过所述通光孔；提供一数据采集及处理系统，包括第一光电探测器、第二光电探测器、渥拉斯顿棱镜、偏振片、雪崩光电二极管及数据处理系统，所述渥拉斯顿棱镜位于所述增益管上方，以将半外腔激光器输出的激光中两个垂直偏振的相邻纵模分开，形成两路光强信号；所述第一光电探测器及第二光电探测器位于所述渥拉斯顿棱镜的上方，以分别接收渥拉斯顿棱镜分出的两路光强信号，并将所述两路光强信号输出至数据处理系统；调整输出腔镜使输出腔镜沿激光轴线方向往复运动，第一光电探测器、第二光电探测器获得的光强信号相等时，通过偏振片、雪崩光电二极管和数据处理系统获得未设置被测样品时的初始纵模间隔Δ₀；将被测样品设置于所述样品座，使所述半外腔激光器发出的激光穿过所述样品及所述样品座的通光孔；调整输出腔镜使输出腔镜沿激光轴线方向往复运动，第一光电探测器、第二光电探测器获得的光强信号相等时，通过雪崩光电二极管和数据处理系统获得放入样品后的纵模间隔Δ_n；通过纵模间隔公式计算得到所述被测样品的折射率。