[发明专利]一种光学玻璃弹光系数的测量系统及方法

权利要求书

1.一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，包括激光器光源、物镜、凸透镜、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜、第二反射镜、侧摇螺旋机架、推拉力计、凹透镜、光屏、摄像机和计算机，所述的激光器光源、物镜、凸透镜和第一半透半反镜沿主光路走向依次设置，所述的第一反射镜设置在所述的第一半透半反镜的透射光路上，所述的侧摇螺旋机架的载物平台设置在所述的第一半透半反镜与所述的第一反射镜之间，所述的载物平台用于放置外表面光滑的待测的光学玻璃样品，所述的推拉力计安装在所述的侧摇螺旋机架上，所述的推拉力计用于对光学玻璃样品施加不同压力并测量压力大小，所述的第二反射镜设置在所述的第一半透半反镜的反射光路上，所述的第二半透半反镜位于所述的第一反射镜的反射光路和所述的第二反射镜的反射光路的交点上，所述的凹透镜、光屏和摄像机的镜头沿所述的第二半透半反镜的透射光路走向依次设置，所述的摄像机与所述的计算机相连，测量时，将光学玻璃样品固定在载物平台上，使光学玻璃样品和第一反射镜同时位于第一半透半反镜的透射光路上，打开激光器光源，通过侧摇螺旋机架控制推拉力计，对光学玻璃样品施加不同压力，光束经凹透镜放大后在光屏上产生的位置变化的干涉条纹被摄像机拍摄、记录并传输至计算机进行数据处理，测得干涉条纹变化条数Δk，由此计算得到光学玻璃样品的平行方向的弹光系数p₁₁和垂直方向的弹光系数p₁₂。

2.根据权利要求1所述的一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，所述的激光器光源的波长范围为500～1600nm。

3.根据权利要求1所述的一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，所述的第一反射镜和第二反射镜分别为反射波长范围覆盖所述的激光器光源的波长的宽带介质膜高反射镜。

4.根据权利要求1所述的一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，所述的光屏与所述的凹透镜之间的距离为所述的凹透镜的焦距的2倍以上。

5.根据权利要求1所述的一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，所述的侧摇螺旋机架的负荷范围为0～2000N，所述的推拉力计的测量范围为0～2000N。

6.根据权利要求1所述的一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，光学玻璃样品的上端平放有压板，所述的压板的面积大于光学玻璃样品的上端面的面积，所述的推拉力计的压力通过所述的压板施加至光学玻璃样品。

7.根据权利要求1所述的一种光学玻璃弹光系数的测量系统，其特征在于，待测的光学玻璃样品为高纯硫系玻璃。

8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的测量系统实施的光学玻璃弹光系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备一方块状光学玻璃样品作为待测样品，测试该光学玻璃样品的杨氏模量E、泊松比μ、折射率n、密度ρ、长度d；

(2)开启激光器光源、摄像机和计算机，调整物镜和凸透镜，使通过凸透镜的光线为平行光；调整第一半透半反镜、第一反射镜、第二反射镜及第二半透半反镜的中点处于同一水平面上，并分别调整第一半透半反镜、第一反射镜、第二反射镜及第二半透半反镜的反射角度为45°，使第一反射镜的反射光路和第二反射镜的反射光路在第二半透半反镜上的投影点重合；将光学玻璃样品平放在载物平台上，调整光学玻璃样品的位置和光路高度，使第一半透半反镜的透射光路的光束从光学玻璃样品的端面的中点垂直入射；调整第二半透半反镜、凹透镜、光屏、摄像机的镜头的中点处于同一水平面上，并调整第二半透半反镜、凹透镜、光屏这三者相互之间的距离，使干涉条纹在摄像机上的拍摄图像清晰可见；

(3)通过侧摇螺旋机架调整推拉力计的上下位置，使推拉力计的压力感应器与光学玻璃样品的上端面或压板的上端面接触，且推拉力计的示数为零时，开始测量；

(4)通过侧摇螺旋机架控制推拉力计，对光学玻璃样品多次施加压力，且多次施加的压力值按从小到大以固定间隔值施加；

每次施加压力的同时，通过摄像机拍摄稳定的干涉条纹图像并传输至计算机，通过计算机对干涉条纹图像进行数据处理，测得干涉条纹变化条数的一个数据；

对光学玻璃样品多次施加压力完成后，总共得到干涉条纹变化条数的多个数据，经过最小二乘法拟合该多个数据，得到以平均值表示的干涉条纹变化条数Δk；

(5)根据干涉条纹变化条数Δk、激光器光源的波长λ、光学玻璃样品的长度d计算折射率变化量Δn：

通过已知ANSYS软件计算施加压力时光学玻璃样品的应力大小σ，折射率n随应力大小σ变化时，根据变化光程Δs和应力光学常数K所满足的以下公式计算出应力光学常数K：

Δs＝K·d·σ＝Δn·d

根据光学玻璃样品的杨氏模量E、泊松比μ、折射率n、应力光学常数K，分别计算光学玻璃样品的平行方向的应力光学常数K_||和垂直方向的应力光学常数K_⊥；

由此推导出下式并根据下式计算得到光学玻璃样品的平行方向的弹光系数p₁₁和垂直方向的弹光系数p₁₂：

即得到光学玻璃样品的弹光系数。