[发明专利]光学材料折射率曲线测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种光学材料折射率曲线测量方法及装置。

背景技术

折射率是有材料的分子极化率确定的一个光学参数，是一个重要的物理量，它决定了光在材料里的传播路径和速度。对于一般材料折射率还会随着波长变化而变化，即材料的色散。各波长的光具有不同的折射率将导致个波长的光在材料中的路径和速度不同，最简单的例子就是光学透镜的色差。对材料的各个波长的折射率进行测量具有重要意义。

常用的折射率曲线的测量方法有测角法和干涉法两大类。测角法包括最小偏折法、V棱镜和自准直法等。这些方法是将材料加工成特定的形状，通过复杂的操作获取特定的几个波长的折射率值，对这些离散的折射率值采用数据拟合的方法最终获取整个波段的折射率曲线。这种方法操作繁琐，并不是一种方面的测量方法。干涉法包括F-P干涉仪和宽带光相干干涉法等。 F-P干涉仪仅能对薄透明体测量，并且光路调整复杂测量时间长；宽带光相干干涉法是利用迈克尔逊干涉仪装置获取不同波长的干涉信息进而得到因为待测样品而引入的光程，然而此方法只能测量得到材料的群折射率信息，并不能得到材料的折射率曲线。

本发明在已有的宽带光相干干涉基础上，通过分析群折射率和折射率的关系，提出了一种数据拟合的从群折射率曲线求折射率曲线的近似计算方法，并设计了激光双缝干涉装置用确定某一波长所对应的折射率值，结合这个折射率值提出了一种积分的精确的折射率曲线的算法。本发明可以对光学材料的折射率曲线进行测量，具有高效、高精度等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以对光学材料的折射率曲线进行测量，具有高效、高精度等优点的光学材料折射率曲线测量方法及装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种光学材料折射率曲线测量方法，包括如下步骤，

S1：通过一宽带光相干干涉系统测量待测光学材料在不同波长下的群折射率值；

S2：通过一激光双缝干涉系统测量待测光学材料在一确定的激光的波长下对应的折射率值；

S3：采用积分算法结合步骤S1及S2的测量结果对待测光学材料在整个波长范围的群折射率值进行计算，进而得到待测光学材料在整个波长范围的折射率曲线。

在本发明一实施例中，所述积分算法公式如下：

其中，是待测光学材料的待求折射率值，k₀是所对应的波数，是待测光学材料在确定的激光的波长下对应的折射率值，k₁是所对应的波数，n_g(k)是待测光学材料的群折射率值，k是n_g(k)所对应的波数。

在本发明一实施例中，在步骤S1中，所述宽带光相干干涉系统是以宽带光源为发光源的迈克尔干涉仪，通过采集迈克尔干涉仪的其中一光束臂插入待测光学样品前后的干涉光谱信号进而获得待测光学材料的群折射率值。

在本发明一实施例中，所述待测光学材料不同波长的群折射率值的具体获取方式为：

S11：在不同波长的宽带光源下，通过采集迈克尔干涉仪的其中一光束臂插入待测光学样品前后的干涉光谱信号，从而获得待测光学材料整个波段的干涉光谱信号；

S12：将整个波段的干涉光谱信号按波长进行分段，采用短时傅里叶变换技术对其进行处理，获取因为待测光学样品引入而增加的光程，并利用计算出各个波长所对应的群折射率值，其中，ΔL是光程差，d是待测光学材料的厚度。

在本发明一实施例中，所述步骤S12后还包括一步骤，即根据步骤S12获得的各个波长所对应的群折射率值，采用数据拟合的方法获得近似的各个波长的折射率值，具体如下：

将群折射值n_g(k)通过下式按波数k进行级数展开：

n_g(k)＝a₀+2a₁*k+3a₂*k²+4a₃*k³+…+na_n-1k^n-1

则近似的折射率值n_(k)可按下式计算：

n_(k)＝a₀+a₁*k+a₂*k²+a₃*k³+…+a_n-1k^n-1

其中，n为正整数；