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范文一：红外光学材料折射率温度系数测量装置
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应用光学
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红外光学材料折射率温度系数测量装置
王 雷 , 杨照金 , 黎高平 , 宗亚康
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要 ! 本文介绍一台红外光学材料折射率温度系数测量装置 /该装置是由温控系统 0 精
密测角系统 0 光学系统
和电器控制系统等组成的一台高精度全自动化测量系统 , 采用改进的自准直法测量折
射率温度系数值 /该装置达 到的主要技术指标 ! 工作波 长 为 $ " 3, 度 范 围 为 % ( 1
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温度系数测量的要求 /利用该装置对红外材料锗折射率温度系数值进行了测量 , 并对测量
数据进行了 报道 / 关键词 ! 红外光学材料 6 折射率 6 折射率温度系数 6 自准直 中图
分类号 ! 8- " 7 + 文献标识码 ! 9
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引言
随 着 红 外 热 成 像0 外 制 导 等 技 术 的 发 展, 红 近 十 年 来, 外 光 学
材 料 在 军 事 上 得 到 了 广 泛 的 应 红 用/ 光学材料生产厂家都十分重视红外材料
的研制 和生产 , 生产了许多新型的红外光学材料 / 随着众 多新型红外材料的出现和广泛
应用 , 红外材料性能
" 评价测试的要求愈益迫切 / 在先前的报道中 ! ", 我
变化 , 因此要设计工作于很宽温度范围的红外光学 系统 , 必须测量材料折射率温度
系数 / 国外在这方
$ " 面有许多报道 ! 1 + , 国内仅见物 质结构 研究所 报道 ( 的测量晶体温度系数的方法 ! ", 而未见到完整的测
量装置报道 / 正因为如此 , 我们研制了一台工作波 长为 $ $2 温度范围为 %( 1" #4, 适用于 1" 3, # ( 各种红外材料的折射率温度系数测量装置 / 本文对 此予以简要介绍 /
们 介 绍了国防科 工 委 光 学 计 量 一 级 站 在 红 外 光 学 材料参数测试方面已具备的能力和条件 , 包括折射 率 测量 0 匀 性 测 量 0 力 双 折 射 测 量 和 光 谱 透 射 均 应 比的测量 / 由于红外材料在许多情况下工作在很宽 的温度范围 , 而红外材料折射率随温度会产生很大
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" 测量原理
折射率温度系数是指材料折射率随温度变化 的系数 , ! 即
应用光学
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王雷 ) ! 等 红外光学材料折射率温度系数测量装置
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作者简介 ! 王雷 " $ & ) ) 国防科工委光学计量一级站博士研究生 ) 主要从事光学计量测试研究工作 * # % ’( 女 陕西榆林人 )
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系统放在测角仪上 ) 样品放在温控室内 * 这一部分 是整套装置的核心 ) 测温精度和测角精度直接影响 测量结果 *
图 # 测量原理 02 # 4 68 :;6=8;6 @ 13 5 797 <>6 ?
被测材料加工成直角棱镜形式 ) 棱镜的后表面 镀全反射膜 * 平行光 以角度 A 入射 ) 此光 线 经 过 当 棱 镜 折 射 后 垂 直 于 BC 面 时 ) 线 将 按 照 原 路 返 光 回) 由折射定律可得其折射率 . ! DA E F DG E F 式中 )G 是加工时就确定了的一个常数 * , . "( H
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第一步 ) 在室温条 件 下 ) +的测量按两步进行 ! 确定每一 个 波 长 下 的 折 射 率 .和 棱 镜 顶 角 G 第 二 I 把棱镜 移 入 折 射 率 温 度 系 数 测 量 装 置 中 ) 量 测 步) 折射率随温度的变化量 J * . 通过对 " ( 可得 H 式进行微分 ) J" ’.D HG# H A# H E (K F "( L DG E F 式中 )J 是自准直角的改变量 * 把 J 看作 是 温度 A A J, . 的函数 ) " ( 用 L 式对温度求导 ) 即得 J . J J " ’.D HG# H A A # H E (K F , , "( M J
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第三部分 ) 探测 P 检测和处理系统 * 该系统由探 测器 # P 相 放 大 器 # 和 计 算 机 # 组 成 ) 于 检 用 &锁 Q L 测P 控制和数据处理 * 被测样品放在温控室内 * 首先在室温下通过旋 转测角仪 ) 确定自准直角 ) 得到初始角位置 I 随后开 始升 温或 降 温 ) 每 一 温 度 下 ) 次 确 定 自 准 直 角 在 再 前后之差即为 " ( " M 式中的 J( 前后温度差即为 J ) A* / 根据已知测量波长下室温折射率值和棱镜顶角 ) 就 可得到折射率温度系数 + * 温控室结构如图 L所示 *
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测 量 装 置 如 图 H所 示 ) 统 可 分 为 三 个 大 部 系 分* 第一部分 ) 准直光
源系统 * 该系统由红外光源 # 单色仪 Q 平面反射镜 &和离轴抛物面镜 # 组成 ) P P % 是 提 供 可变 波长 的 平 行 入 射 光 源 " 中 光 源 P 色 其 单 仪和离轴抛物面镜是其核心 ( * 第二部分 ) 测角仪和温控系统 * 该系统由一个 精密测角仪和一套抽真空温度控制系统组成 * 温控
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应用光学
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! 不确定度分析
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参考文献 5 王 侯 杨 红 i j 王雷% 生云% 西旗% 照金E 外光学材料参数 测 , 试 ij
应用光学 % 9 , . " $ # -# E .9%.B59 ! kE i j l m n 0o p q r 1tK . J % 1 o suEp10/Igo vsIgox 1 vw 1 t J / I yvovogJ {os 0 vt oI{010K |0 w0 z z I u ts{ 1 sIsJv 1 0o t 1o 1 vo0sJo ij z / { "/Ig% G @ , 5 G z 1IIK kEr } ~! 01 vw , H % H @ ! @@ GE i j l m n 0o ! J %p ~ # l0$o 1 $ uE%o/ Igo vt z Jwo 1 svo vogJ {os 0 v t IsJv o 0K | t /u z I u ts{ 1 s oI{0 1 o s t0 0o & K gJo0 /0 z vI u 1vo’J oo yzI1 o!v J &u1 v J y t@f
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晶体主折射率及主 折 射 率 温 度 i j 张德颖 % E @ r 系数的测量 ij 光学学报 % G G ,
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范文二：红外光学材料折射率温度系数测量装置
?54?yygx 205901@sina . com 应用光学 J . A pp lied Op tics M ay , 2005, 26(3) :54-56 文章编号:1002-2082(2005) 03-0054-03
红外光学材料折射率温度系数测量装置
王 雷, 杨照金, 黎高平, 宗亚康
(国防科工委光学计量一级站, 陕西西安 710065)
摘 要: 本文介绍一台红外光学材料折射率温度系数测量装置。该装置是由温控系统、精密测角系统、光学系统和电器控制系统等组成的一台高精度全自动化测量系统, 采用改进的自准直法测量折射率温度系数值。该装置达到的主要技术指标:工作波长为2～12Λ～150℃, 测量不确定度为3%, m , 温度范围为-50度系数测量的要求。利用该装置对红外材料锗折射率温度系数值进行了测量关键词: 红外光学材料; 折射率; 折射率温度系数; 自准直中图分类号:TH 741 文献标识码:A
An Equ en ea i pera ture Coeff ic ien t
I of I nfrared M a ter i a ls
W G ei , YAN G Zhao 2jin , L I Gao 2p ing , Z ON G Ya 2kang
(X i’anInstitute of A pp lied Op tics , X i ’an 710065, Ch ina )
Abstract :T he autom atic h igh 2p recisi on system , w h ich is compo sed of temperature contro l system , p recisi on goni om eter system , op tical system and electrical contro l system fo r m easuring the temperature coefficient of refractive index of infrared m aterials is introduced in the paper .
T he temperature coefficient of refractive index is m easured w ith the i m p roved
T he instrum ent can m eet the m easurem ent requirem ent of temperature
autoco lli m ating m ethod . T he key index of the instrum ent is as fo llow s :its w avelength range is 2～12Λm , temperature range is -50～150℃, uncertainty is 3%.
. W ith th is instrum ent , the temperature coefficient of coefficient of refractive index of the different infrared m aterials ger m anium m aterial has been m easured and the results has been repo rted .
Keywords :infrared m aterial ; refractive index ; temperature coefficient ; autoco lli m ati on
引言
随着红外热成像、红外制导等技术的发展, 近十
年来, 红外光学材料在军事上得到了广泛的应用。光学材料生产厂家都十分重视红外材料的研制和生产, 生产了许多新型的红外光学材料。随着众多新型红外材料的出现和广泛应用, 红外材料性能评价测试的要求愈益迫切。在先前的报道中[1], 我们介绍了国防科工委光学计量一级站在红外光学材料参数测试方面已具备的能力和条件, 包括折射率测量、均匀性测量、应力双折射测量和光谱透射比的测量。由于红外材料在许多情况下工作在很宽的温度范围, 而红外材料折射率随温度会产生很大变化, 因此要设计工作于很宽
温度范围的红外光学系统, 必须测量材料折射率温度系数。国外在这方面有许多报道[2～4], 国内仅见物质结构研究所报道的测量晶体温度系数的方法[5], 而未见到完整的测量装置报道。正因为如此, 我们研制了一台工作波长为2～12Λm , 温度范围为-50～150℃, 适用于各种红外材料的折射率温度系数测量装置。本文对此予以简要介绍。
1 测量原理
折射率温度系数是指材料折射率随温度变化的系数, 即:
收稿日期:2004-08-22; 修回日期:2004-11-16
作者简介:王雷(1976-) , 女, 陕西榆林人, 国防科工委光学计量一级站博士研究生, 主要从事光学计量测试研究工作。
应用光学 2005, 26(3) 王雷, 等:红外光学材料折射率温度系数测量装置?55?
Β=
d T
(1)
果。
我们采用的自准直法测量原理如图1所示
。
图1 测量原理
F ig . 1 Theory of m easure m en t
被测材料加工成直角棱镜形式, 棱镜的后表面镀全反射膜。平行光以角度i 入射, 折射后垂直于A C 面时, n n =
sin Η
式中, Η是加工时就确定了的一个常数。
(2)
. ; 2. 3. ; 4. 调制器; 5. ; . ; 8. 窗口; 9. 样品; 10. 温控系统; 11. 测角仪; 12. 球面镜; 13. 计算机; 14. 前放; 15. 锁放; 16. 探测器; 17. 离轴抛物面镜
图2 测量系统原理图
F ig . 2 The sche matic di agram of test syste m
第三部分, 探测、检测和处理系统。该系统由探测器16、锁相放大器15和计算机13组成, 用于检测、控制和数据处理。
被测样品放在温控室内。首先在室温下通过旋转测角仪, 确定自准直角, 得到初始角位置; 随后开始升温或降温, 在每一温度下, 再次确定自准直角(前后之
前后温度差即为?T , 根据已知差即为(4) 式中的?i ) 。
测量波长下室温折射率值和棱镜顶角, 就可得到折射率温度系数Β。
温控室结构如图3所示。
Β的测量按两步进行:第一步, 在室温条件下, 确定每一个波长下的折射率n 和棱镜顶角Η; 第二步, 把棱镜移入折射率温度系数测量装置中, 测量折射率随温度的变化量?n 。
通过对(2) 式进行微分, 可得
2
1 22(3) ?n =
sin Η
式中, ?i 是自准直角的改变量。把?i 看作是温度的函数, 用(3) 式对温度求导, 即得
21 22(4) ==Β=
?T ?T ?T sin Η通过改变温度, 可求得Β～T 曲线; 通过改变波
长, 可得到Β(Κ, T ) ～T 曲线。
2 测量装置
测量装置如图2所示, 系统可分为三个大部分。第一部分, 准直光源系统。该系统由红外光源1、单色仪5、平面反射镜6和离轴抛物面镜17组成, 是提供可变波长的平行入射光源(其中光源、
单色仪和离轴抛物面镜是其核心) 。
第二部分, 测角仪和温控系统。该系统由一个精密测角仪和一套抽真空温度控制系统组成。温控系统放在测角仪上, 样品放在温控室内。这一部分是整套装置的核心, 测温精度和测角精度直接影响测量结
1. 真空罩; 2. 液氮槽; 3. 冷脂; 4. 导热辫; 5. 样品台; 6. 样
品; 7. 调整窗; 8. 位移器; 9. 底座; 10. 窗口; 11. 液氮
图3 温控装置结构图
F ig . 3 Structure di agram of te m perature con troll dev ice
?56?应用光学 2005, 26(3) 王雷, 等:红外光学材料折射率温度系数测量装置
3 不确定度分析
21 22=影响Β?T ?T sin Η
测量不确定度的主要因素有:
(1) 角度测量引起的误差; (2) 温度测量引起的误差。
(4) 式中, Β=
以锗为例:假如n =4, Η=12°, Β=4×10-4, 合成不确定度为
(5)
u (Β) =
(
) 22() () 22() () 22() 2
u B ?i +u B ?T +u B Η+u B (其它) 5?i 5?t 5n
由此可见, 测量装置不确定度小于3?。
(6)
式中:
2
1 22=?=Βi ?t sin Η?i 2
1 22=2?=Βt ?t sin Η?t
4 测量结果
(7)
, 样品加5, 1 M easure m en t result of te m perature coeff ic ien t of
refractive i ndex of ger ma i nu m mater i al
根号下第三项是折射率变化引入的分量, 第四项是棱镜顶角变化引入的分量, 这两项可以忽略。
2
221 为常数A :
sin Η
A =2. 67
已知:
?t =10-Β=4×10
4
温度℃
-40-20
020406080100120(-4)
3. 163. 163. 283. 713. 573. 633. 583. 553. 553. 373. 373. 273. 793. 593. 783. 773. 733. 81由10Β=2. 67?i 得到:
-4
=0. 0001498(rad ) ?i =
2. 67
若以角秒为单位, 则
?i =0. 0001498×57. 3248×3600=30. 9″测角仪的测角误差假设为均匀分布
(u ?i ) =0. 63=0. 35
从结果可知, 控温精度达到0. 08℃, 温场均匀性为0. 02℃, 测角不确定度为1″, 折射率温度系数测量
温度控制误差为0. 008℃, 假设为均匀分布
(u ?t ) =0. 083=0. 04618
不确定度为3%。
参考文献:
[1] 王雷, 王生云, 侯西旗, 杨照金. 红外光学材料参数测试
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ther m al coefficient of refractive index of so lid m aterials in the w avelength range 3to 5Λm [R ]. N PL :T echnique R epo rt , 1992.
[4] R P Edw in , M T D uder m el , M L am are . R efractive
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数的测量[J ]. 光学学报, 1999, 19(8) :1134-1136.
令:
-4
===1. 29×10-5C 1=
i ?i 30. 9-4
===4×10-5C 2=
t ?t 1022222-52u (Β) =C 1u 1+C 2u 2=(1. 29×10×0. 35)
+(4×10-5×0. 046) 2=23. 64×10-12
则u (Β) =4. 86×10-扩展不确定度:
6
u =2u (Β) =9. 72×10
-6
相对扩展不确定度:
-6==2. 43?Β4×10-4
范文三：红外光学材料折射率温度系数测量装置
红外光学材料折射率温度系数测量装置
王 雷, 杨照金, 黎高平, 宗亚康
()国防科工委光学计量一级站, 陕西 西安 710065
摘 要: 本文介绍一台红外光学材料折射率温度系数测量装置。 该装置是由温控系统、精密测角系统、光学系统和电
器控制系统等组成的一台高精度全自动化测量系统, 采用改进的自准直法测量折射率温度系数值。 该装置达到的主要
, 150 ?, 测量不确定度为 3% , 可满足各种红外光学材料折射率温 50技术指标: 工作波长为 2, 12 Λm , 温度范围为-
度系数测量的要求。 利用该装置对红外材料锗折射率温度系数值进行了测量, 并对测量数据进行了报道。
关键词: 红外光学材料; 折射率; 折射率温度系数; 自准直
中图分类号: T H 741 文献标识码: A
An Equ ipm en t f or M ea sur in g the Tem pera ture Coef f ic ien t
of Ref ra c t ive In dex of In f ra red M a ter ia ls
222, , , W A N G L e iYA N G Zh ao jin L I Gao p in gZON G Y ak an g
()X i’an In st itu te o f A pp lied O p t ic s, X i’an 710065, C h ina 2: , , A bstrac tT h e au tom a t ic h igh p rec isio n sy stem w h ich is com po sed o f tem p e ra tu re co n t ro l sy stem p rec isio n go n iom e te r
, sy stem op t ica l sy stem and e lec t r ica l co n t ro l sy stem fo r m ea su r ing th e tem p e ra tu re co eff ic ien t o f ref rac t ive index o f inf ra red
. m a te r ia ls is in t ro duced in th e p ap e rT h e tem p e ra tu re co eff ic ien t o f ref rac t ive index is m ea su red w ith th e im p ro ved au to co llim a t ing m e tho d. T h e k ey index o f th e in st rum en t is a s fo llow s: it s w ave leng th range is 2, 12 Λm , tem p e ra tu re
- 50, 150 ?, 3%. range is unce r ta in ty is T h e in st rum en t can m ee t th e m ea su rem en t requ irem en t o f tem p e ra tu re
. , co eff ic ien t o f ref rac t ive index o f th e d iffe ren t inf ra red m a te r ia lsW ith th is in st rum en tth e tem p e ra tu re co eff ic ien t o f
.ge rm an ium m a te r ia l h a s been m ea su red and th e re su lt s h a s been repo r ted
Keywords: inf ra red m a te r ia l; ref rac t ive index; tem p e ra tu re co eff ic ien t; au to co llim a t io n
, 必须测量材料折射率温度 温度范围的红外光学系统引言 2 , 4 系数。 国外在这方面有许多报道, 国内仅见物质 随着红外热成像、红外制导等技术的发展, 近十 5 结构研究所报道的测量晶体温度系数的方法, 而未 年来, 红外光学材料在军事上得到了广泛的应用。 光
见到完整的测量装置报道。 正因为如此, 我们研制了 学材料生产厂家都十分重视红外材料的研制和生产,
一台工作波长为 2, 12 温 度 范 围 为 - 50, , Λm 生产了许多新型的红外光学材料。随着众多新型红外
150 ?, 适用于各种红外材料的折射率温度系数测量 材料的出现和广泛应用, 红外材料性能评价测试的要
1 装置。 本文对此予以简要介绍。 求愈益迫切。 在先前的报道中, 我们介绍了国防科
工委光学计量一级站在红外光学材料参数测试方面
测量原理 已具备的能力和条件, 包括折射率测量、均匀性测量、 1
应力双折射测量和光谱透射比的测量。由于红外材料 折射率温度系数是指材料折射率随温度变化的 在许多情况下工作在很宽的温度范围, 而红外材料折 系数, 即:
射率随温度会产生很大变化, 因此要设计工作于很宽
收稿日期: 2004- 08- 22; 修回日期: 2004- 11- 16
作者简介: 王雷 (1976- ) , 女, 陕西榆林人, 国防科工委光学计量一级站博士研究生, 主要从事光学计量测试研究工作。
()应用光学 2005, 26 3 王雷, 等: 红外光学材料折射率温度系数测量装置 ?55?
果。 dn ()1 Β= dT
我们采用的自准直法测量原理如图 1 所示。
图 1 测量原理 . 1 F igTheory of m ea surem en t 1. 红外光源; 2. 椭圆反射镜; 3. 隔热板; 4. 调制器; 被测材料加工成直角棱镜形式, 棱镜的后表面镀5. 单色仪; 6、7. 平面反射镜; 8. 窗口; 9. 样品; 全反射膜。 平行光以角度 入射, 当此光线经过棱镜 i 10. 温控系统; 11. 测角仪; 12. 球面镜; 13. 计算机; 折射后垂直于 面时, 光线将按照原路返回, 由折 14. 前放; 15. 锁放; 16. 探测器; 17. 离轴抛物面镜 A C
图 2 测量系统原理图 射定律可得其折射率 :n . 2 F igThe schem a t ic d iagram of te st sy stem sin i ()2 = nsin Η 第三部分, 探测、检测和处理系统。该系统由探测式中, 是加工时就确定了的一个常数。 Η器 16、锁相放大器 15 和计算机 13 组成, 用于检测、
: 第一步, 在室温条件下, 确 的测量按两步进行Β 控制和数据处理。 定每一个波长下的折射率 和棱镜顶角 ; 第二步, 把 n Η被测样品放在温控室内。首先在室温下通过旋转 棱镜移入折射率温度系数测量装置中, 测量折射率随 测角仪, 确定自准直角, 得到初始角位置; 随后开始升 温度的变化量 。?n ( 温或降温, 在每一温度下, 再次确定自准直角 前后之
() 通过对 2式进行微分, 可得() )差即为 4式中的 。前后温度差即为 , 根据已知 ?i?T
测量波长下室温折射率值和棱镜顶角, 就可得到折射 2 2 1/2 ()?i 1- n sin Η 率温度系数 。Β ()3 ?n = sin Η 温控室结构如图 3 所示。 式中, ?i 是自准直角的改变量。 把 ?i 看作是温度的
() 函数, 用 3式对温度求导, 即得
2 2 12 / ( ) ?n ?i ?i 1- n s in Η = = ()4 Β= ?T ?T ?T sin Η
; 通过改变波 曲线通过改变温度, 可求得 Β, T
() 长, 可得到 , , 曲线。ΒΚT T
测量装置 2
测量装置如图 2 所示, 系统可分为三个大部分。
第一部分, 准直光源系统。该系统由红外光源 1、
单色仪 5、平面反射镜 6 和离轴抛物面镜 17 组成, 是
( 提供可变波长的平行入射光源 其中光源、单色仪和
) 离轴抛物面镜是其核心。
第二部分, 测角仪和温控系统。 该系统由一个精 1. 真空罩; 2. 液氮槽; 3. 冷脂; 4. 导热辫; 5. 样品台; 6. 样 密测角仪和一套抽真空温度控制系统组成。温控系统 品; 7. 调整窗; 8. 位移器; 9. 底座; 10. 窗口; 11. 液氮 放在测角仪上, 样品放在温控室内。 这一部分是整套 图 3 温控装置结构图 装置的核心, 测温精度和测角精度直接影响测量结 . 3 F igStruc ture d iagram of tem pera ture con tro ll dev ice
? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
()应用光学 2005, 26 3 王雷, 等: 红外光学材料折射率温度系数测量装置 ?56?
() 1角度测量引起的误差; 不确定度分析 3 () 以2温度测量引起的误差。 2 2 12 / ( ) ?i 1- n s in Η ?n () =4式中, Β= 。 影响 锗为例: 假如 = 4, = 12,?Βn Η - 4 ?T ?T sin Η = 4 ×10, Β
合成不确定度为测量不确定度的主要因素有:
5Β5Β5Β2 2 2 2 2 2 2 ( ) () ) () ( ( ) () ()()() u ?i+u ? +u Η+ u 其它5 u Β= B T B B B 5 n5?i 5?t
式中: 由此可见, 测量装置不确定度小于 3? 。
2 2 1/2 () 1- n sin Η 5Β 1 1 ()? 6 = =Β 5?i?i ?t sin Η
测量结果 4 2 2 12 / () 1- n sin Η 1 ?i 5Β ()? 7 = =Β我们选用锗单晶作为测量样品进行测量, 样品加 2 5?t?tsin Η?t
工成直角棱镜, 棱镜顶角为 12. 5,? 后表面镀高反膜, 根号下第三项是折射率变化引入的分量, 第四项是棱 测量结果见表 1。 镜顶角变化引入的分量, 这两项可以忽略。 表 1 锗单晶折射率温度系数测量结果 2 2 12 / ()1- n sin Η 令 为常数A : sin Η 1 Table M ea surem en t re sult of tem pera ture coef f ic ien t of = 2. 67A ref rac t ive in dex of germ a in um m a ter ia l 已知: - 4 ) (×10 Β温度? = 10 ??t 4 8 ΛmΛm- 4= 4×10Β - 40 3. 16 3. 37
- 20 3. 16 3. 37 由 10= 2. 67得到:Β?i
0 3. 28 3. 27
20 3. 71 3. 79 - 4 4×10 40 3. 57 3. 59 ( )?i= = 0. 000 149 8 rad 2. 67 60 3. 63 3. 78 若以角秒为单位, 则 80 3. 58 3. 77 = 0. 000 149 8×57. 324 8×3 600= 30. 9″ ?i测100 3. 55 3. 73
120 3. 55 3. 81 角仪的测角误差假设为均匀分布 140 3. 64 3. 98 () 3 = 0. 35 u ? i= 0. 6″ /从结果可知, 控温精度达到 0. 08 ?, 温场均匀性为
0. 008 ?, 假设为均匀分布 温度控制误差为 0. 02 ?, 测角不确定度为 1″, 折射率温度系数测量
不确定度为 3% 。 () u ? t = 0. 08 3 = 0. 046 18 /
令:
- 4 4×10 Β 5Β- 5参考文献: === 1. 29×10 C 1 = ? 5?i i30. 9 王雷, 王生云, 侯西旗, 杨照金. 红外光学材料参数测试 1 - 4 4×10 5ΒΒ - 5[. 应用光学, 2001, 22 (6) : 40- 43. J === 4×10 C 2 = ? 5?t t10 , . 2 2 K W R a ineA B P enfo ldA n in st rum en t fo r m ea- 5 22 2 2 2 2 () (1. 29×10×0. 35) u Β= C u + C u = 1 1 2 2 su r ing th e th e rm a l co eff ic ien t o f ref rac t io n index in
[. , 1985, 18: 593-th e inf ra red J P h y s E Sc i In st rum - 5 2() + 4×10×0. 046 595. - 12 = 23. 64×10, . 3 K W R a ineA E L K ibb leM ea su rem en t o f th e - 6 () 则 = 4. 86×10u Β扩展th e rm a l co eff ic ien t o f ref rac t ive index o f so lid
不确定度: m a te r ia ls in th e w ave leng th range 3 to 5 Λm [ R . - 6: , 1992.N PL T ech n ique R epo r t () = 2= 9. 72×10u u Β , , . 4 R P E dw in M T D ude rm e lM L am a reR ef rac t ive 相对扩展不确定度: [.index m ea su rem en t s o f ten ge rm an ium sam p le s J
() A pp lied O p t ic s, 1982, 21 5: 1344- 1347. - 6 张德颖, 等. 改性 晶体主折射率及主折射率温度系 5 KT P U 9. 72×10 ? = 2. 43=- 4 () Β 数的测量[. 光学学报, 1999, 19 8: 1134- 1136.4×10 J ? 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
范文四：红外光学材料折射率温度系数测量装置
红外光学材料折射率温度系数测量装置
应用光学J.AppliedOptics
文章编号:1OO2—2082(2OO5)O3—0054一O3
红外光学材料折射率温度系数测量装置
王雷,杨照金,黎高平,宗亚康
(国防科工委光学计量一级站,陕西西安710065)
摘要:本文介绍一台红外光学材料折射率温度系数测量装置.该装置是由温控系统
精密测角系统,光学系统和
电器控制系统等组成的一台高精度全自动化测量系统,采用改进的自准直法测量
折射率温度系数值.该装置达到的
主要技术指标:工作波长为2,12m,温度范围为一5O,15O?,测量不确定度为
3%,可满足各种红外光学材料折
射率温度系数测量的要求.利用该装置对红外材料锗折射率温度系数值进行了测
量,并对测量数据进行了报道.
关键词:红外光学材料;折射率;折射率温度系数;自准直
中圈分类号:TH741文献标识码:A
AnEquipmentforMeasuringtheTemperatureCoefficient ofRefractiveIndexofInfraredMaterials
WANGLei,YANGZhao—jin,LIGao-ping,ZONGYa-kang
(Xi'anInstituteofAppliedOptics,Xi'an710065,China) Abstract:Theautomatichigh—
precisionsystem,whichiscomposedoftemperaturecontrolsystem,precisiongoniometer
system,opticalsystemandelectricalcon~olsystemformeasuringthetemperaturecoefficien
tofrefractiveindexofinfrared
materialsisintroducedinthepaper.Thetemperaturecoefficientofrefractiveindexismeasure
dwiththeimproved
autocbllimatingmethod.Thekeyindexoftheinstrumentisasfollows:itswavelengthrangeis
2,12m,temperature
rangeis一50,150?,uncertaintyis3.Theinstrumentcanmeetthemeasurementrequirementoftemperatur
e
coefficient:ofrefractiveindexofthedifferentinfraredmaterials.Withthisinstrument,thete
mperaturecoefficientof
germaniummaterialhasbeenmeasuredandtheresultshasbeenreported.
Keywords:infraredmaterial;refractiveindex;temperaturecoefficient;autocollimation
引言
随着红外热成像,红外制导等技术的发展,近十
年来,红外光学材料在军事上得到了广泛的应用.光
学材料生产厂家都十分重视红外材料的研制和生
产,生产了许多新型的红外光学材料.随着众多新型
红外材料的出现和广泛应用,红外材料性能评价测
试的要求愈益迫切.在先前的报道中[1],我们介绍了
国防科工委光学计量一级站在红外光学材料参数测
包括折射率测量,均匀 试方面已具备的能力和条件,
性测量,应力双折射测量和光谱透射比的测量.由于
红外材料在许多情况下工作在很宽的温度范围,而
红外材料折射率随温度会产生很大变化,因此要设
计工作于很宽温度范围的红外光学系统,必须测量
材料折射率温度系数.国外在这方面有许多报
道[2~4],国内仅见物质结构研究所报道的测量晶体
温度系数的方法[5],而未见到完整的测量装置报道. 正因为如此,我们研制了一台工作波长为2,
12m,温度范围为一5O,15O?,适用于各种红外
材料的折射率温度系数测量装置.本文对此予以简
要介绍.
l测量原理
折射率温度系数是指材料折射率随温度变化的 系数,即:
收稿日期:2004一O8—22;修回日期:2004—11—16?' 作者简介王雷(1976一),女,陕西榆林人,国防科工委光学计量一级站博士研究生,
主要从事光学计量测试研究工作.
应用光学2005,26(3)王雷,等:红外光学材料折射率温度系数测量装置?55?
一
—
d71
我们采用的自准直法测量原理如图1所示. A
,1,结果.
上
图1测量原理
Fig.1Theoryofmeasurement 被测材料加工成直角棱镜形式,棱镜的后表面 镀全反射膜.平行光以角度i入射,当此光线经过棱 镜折射后垂直于AC面时,光线将按照原路返回,由 折射定律可得其折射率:
一
(2)LZ,
式中,0是加工时就确定了的一个常数.
的测量按两步进行:第一步,在室温条件下, 确定每一个波长下的折射率和棱镜顶角0;第二 步,把棱镜移人折射率温度系数测量装置中,测量折 射率随温度的变化量.
通过对(2)式进行微分,可得
一—
8i—
(1
.
--
—
n
—
2sin一
20)1/2(3)
0一————_—————一
式中,是自准直角的改变量.把看作是温度的 函数,用(3)式对温度求导,即得
fl=Sn_
8i
_
8i
3T3T3T一二sinO(4)\'士,
通过改变温度,可求得,71曲线;通过改变波 长,可得到(,71),71曲线.
2测量装置
测量装置如图2所示,系统可分为三个大部分. 第一部分,准直光源系统.该系统由红外光源1, 单色仪5,平面反射镜6和离轴抛物面镜17组成,是 提供可变波长的平行人射光源(其中光源,单色仪和 离轴抛物面镜是其核心).
第二部分,测角仪和温控系统.该系统由一个精 密测角仪和一套抽真空温度控制系统组成.温控系 统放在测角仪上,样品放在温控室内这一部分是整 套装置的核心,测温精度和测角精度直接影响测量
1.红外光源;2.椭圆反射镜;3.隔热板;4.调制器; 5.单色仪;6,7.平面反射镜;8.窗口;9.样品; 1O.温控系统;11.测角仪;12.球面镜;13.计算机 14.前放;15.锁放;16.探测器;17.离轴抛物面镜 图2测量系统原理图
Fig.2Theschematicdiagramoftestsystem
第三部分,探测,检测和处理系统.该系统由探 测器16,锁相放大器15和计算机13组成,用于检测, 控制和数据处理.
被测样品放在温控室内.首先在室温下通过旋 转测角仪,确定自准直角,得到初始角位置;随后开 始升温或降温,在每一温度下,再次确定自准直角 (前后之差即为(4)式中的3i).前后温度差即为, 根据已知测量波长下室温折射率值和棱镜顶角,就 可得到折射率温度系数.
温控室结构如图3所示.
1.真空罩;2.液氮槽;3.冷脂;4.导热辫;5.样品台;6.样 品;7.调整窗;8.位移器;9.底座;10.窗口;11.液氮 图3温控装置结构图
Fig.3Structurediagramoftemperaturecontrolldevice
?56?应用光学2005,26(3)王雷,等:红外光学材料折射率温度系数测量装置
3不确定度分析
(4)式中一.
测量不确定度的主要因素有:.
()一
(1)角度测量引起的误差;
(2)温度测量引起的误差.
?
以锗为例:假如n一4,一12.,一4×10_.,
合成不确定度为
式中:
ap=
l
_.一击(6).——一一J
ap=
ai
?一
击(7),.——一一瓦L)
根号下第三项是折射率变化引入的分量,第四项是
棱镜顶角变化引入的分量,这两项可以忽略. 令二等为常数:
A一2.67
已知:
3t=10?
一
4×10
由10p=2.67c?得到:
--
0.Oo0l498(rad) 若以角秒为单位,则
3i一0.0001498×57.3248×3600—30.9 测角仪的测角误差假设为均匀分布 (uAi)一0.6"/丁一0.35
温度控制误差为0.008C,假设为均匀分布 (A)=0.08/丁一0.04618 令:
C1=筹一一--1.29~10-s一一'
c:=ap一
_p一4×10—5
U()一C}+C;;一(1.29×10×0.35) +(_×10×0.046)z.
=23.'64×10—12'
则U()=4.86×10
扩展不确定度:.
U一2u()一9.72×10
相对扩展不确定度:
一_2.43%万一一z?4
由此可见,测量装置不确定度小于3%. (5)
4测量结果
我们选用锗单晶作为测量样品进行测量,样品 加工成直角棱镜,棱镜顶角为12.5.,后表面镀高反
膜,测量结果见表1.
表1锗单晶折射率温度系数测量结果 Table1Measurementresultoftemperaturecoefficientof
refractiveindexofgermainummaterial
(×10一)温度?
4?m8?m
——
403.163.37
—
2O3.163.37
O3.283.27
2O3.713.79
403.573.59
6O3.633.78
8O3.583.77
1O03.553.73
12O3.553.81
1403.643.98
从结果可知,控温精度达到0.08C,温场均匀性为
0.02C,测角不确定度为1,折射率温度系数测量
不确定度为3.
参考文献:
[1]王雷,王生云,侯西旗,杨照金.红外光学材料参数测
试[J].应用光学,2001,22(6):4O一43.
[23
[3]
[43
[5]
KWRaine,ABPenfold.Aninstrumentformea—
suringthethermalcoefficientofrefractionindexin
theinfraredl-J].PhysESciInstrum,1985,18:593—
595.
KWRaine.AELKibble.Measurementofthe thermalcoefficientofrefractiveindexofsolid materialsinthewavelengthrange3tO5btm[R]. NPL:TechniqueReport,1992.
RPEdwin,MTDudermel,MLamare.Refractive indexmeasurementsoftengermaniumsamples[J]. AppliedOptics,1982,21(5):1344—1347.
张德颖,等.改性KTP晶体主折射率及主折射率温度
系数的测量[J].光学,1999,19(8):ll34—1136.
'
范文五：测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验
第２９卷第４期
２０１０年４月
实验室研究与探索
ＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＩＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ
Ｖ０１．２９
Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２０１０
测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验
肖晓芳，
陈丽梅，
程敏熙
（华南师范大学物理电信工程学院，广东广州５１０００６）
摘要：为了测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数，设计了基于水平光路的玻璃热膨胀系数和折射率温度系数的测量方法。运用光束在玻璃样品中发生干涉的原理，用自然降温法进行测量。实验得到干涉光斑的条纹移动数与温度呈线性关系，通过拟合实验曲线的斜率，即可计算该玻璃样品的热膨胀系数和折射率温度系数。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰，自然降温法获得的数据线性良好，
精确度高。
关键词：热膨胀系数；折射率温度系数；水平光路
中图分类号：Ｏ４．３３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６—７１６７（２０１０）０４—００２４—０３
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＭｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅＴｈｅｒｍａｌＥｘｐａｎｓｉｏｎＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＧｌａｓｓＲｅｆｒａｃｔｉｏｎＩｎｄｅｘＡｇａｉｎｓｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＸＩＡＯＸｉａｏ－ｆａｎｇ，
ＣＨＥＮＬｉ—ｍｅｉ，
ＣＨＥＮＧＭｉｎ—ｘｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＴｅｌｅｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｇｌａｓｓｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘａｇａｉｎｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，
ａ
ｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ
ｌｉｇｈｔｐａｔｈｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈａｔｔｈｅｒｅ
ａ
ｏｃｃｕｒｓｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｎ
ｔｈｅｇｌａｓｓ
ｓａｍｐｌｅ，ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄｎａｔｕｒａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｉｓ
ａ
ｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｍｏｖｉｎｇｆｒｉｎｇｅｓｉｎ
ｓｐｏｔ
ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｇｌａｓｓｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘａｇａｉｎｓｔｔｅｍｐｅｒ?
ｃａｎ
ａｔｕｒｅｂｅｗｏｒｋｅｄ
ｏｕｔ
ｗｉｔｈｔｈｅｓｌｏｐｅｏｆｃｕｒｖｅｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ
ａｒｅ
ｔｏ
ａｄｊｕｓｔ．Ｔｈｅ
ｍｏｖｉｎｇ
ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｒｉｎｇｅｓ
ｃｌｅａｒ．Ｓｏｔｈｅｄａｔａ
ａｒｅ
ｉｎ
ｇｏｏｄｌｉｎｅａｒｉｔｙａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ
ａｒｅ
ｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｃｐａｎｉｅｄ
ｃｏｏｌｉｎｇｎａｔｕｒａｌｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘａｇａｉｎｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｉｇｈｔｐａｔｈ
１
引言
２原理
本实验所用的样品由均匀各向同性的玻璃制成，如图１所示。图中：Ａ是被切去一部分的玻璃圆柱体，上下表面基本平行；Ｂ和Ｂ’是２块也被切去一部分的圆形玻璃板，每块玻璃板的上下表面不平行。３块玻璃Ａ、曰、曰’胶合成一体。胶的折射率与玻璃相同，厚度可以忽略不计。激光从上方射向样品，如图２所示。当激光从样品的双层面反射时，在屏上可以看到３个反射光斑，而且中间光斑有干涉条纹。它是由上薄玻璃板的下表面与下薄玻璃板的上表面２束反射光干涉形成的。这２束光的光程差为２￡。如果对样品加热，
一般物理实验中，未涉及玻璃热膨胀系数和折射率温度系数的测量。本文设计了基于水平方向光路的玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验方法，用降温法测量了某玻璃样品的热膨胀系数和折射率温度系数。实验装置结构简单，调节和观察方便。
收穑Ｅｔ期：２００９—０５—０６
基金项目：广东省高等教育教学改革工程项目（２００７００１８）
作者简介：肖晓芳（１９８５一）。女，广东汕头人，硕士，主要研究方向为物理实验课程与教学。Ｅ．ｍａｉｌ：１９１１７１８８３＠ｑｑ．ｃｏｒｎ
通信作者：程敏熙（１９６２一），男，广东四会人。副教授，硕士生导师，研究方向为光电技术与系统，物理实验设计与研究。
Ｔｅｌ．：０２０－３９３１００６６；Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｈｅｎｇｍｘ＠ｓｅｎｔｉ．ｅｄｕ．
设样品温度升高△￡＝印?ＡＴ（Ｂ为玻璃的热膨胀系
数），干涉条纹移动ｍ。条。则有：２ＡＬ＝ｍ。Ａ，其中，Ａ
万方数据
第４期
肖晓芳，等：测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验
图１
样品
图２光路示意图
为激光的波长。可得
ｐ＝羔
（１）
当激光从样品的单层面反射时，在屏上只能看到１个有干涉条纹的光斑，它是由玻璃圆柱体的上下表面反射光的干涉形成的。这２束光的光程差为２ｎＬ，温度升高，Ｔ引起的光程差变化为
Ａ（２ｎＬ）＝２（Ｉｔ丽ＡＬ＋Ｌ筹）△ｒ＝２Ｌ（ｎ届＋７）Ａｔ
其中，ｒ＝Ａｎ／ＡＴ是玻璃的折射率温度系数。设此时的干涉条纹移动了ｍ：条，则有
２Ｌ（，猡＋ｙ）ＡＴ＝ｍ２Ａ
即
ｙ＝羔一印
ｙ
５瓦■亚一掣
（２）ＬｚＪ
已知￡和ｎ，只要分别测得干涉条纹移动数ｍ．、ｍ：与温度ｒ的关系，由ｍ，一Ｔ，ｍ：一ｒ作图，就可以分别求得卢和ｙｈ５１。
３
实验方案
整个实验光路沿着水平方向（见图３）。图３中，
Ｈｅ．Ｎｅ激光器，光波长为６３２．８ｎｍ；样品：放在大铝块里的玻璃样品；带ｄ，：ｆＬ平板：光束可以通过小孔穿过照射玻璃样品，干涉图样呈现在屏幕右侧，作为观察屏。实验元件布置在光具座上，方便激光正入射到玻璃样品上，只需要稍微调节激光器或玻璃样品上下左右的位置，便可以得到较理想的干涉图样。调节观察屏与样品的距离，得到理想的易观察的干涉图样。与图２中的竖直光路不同，实验操作中采用水平方向的光路，是为了使实验易调节、易观察，同时方便记录数据，避免较大的操作误差。
图３水平方向实验装置图
万方数据
４实验过程及结果
４．１实验方法
实验时，先将样品小心地滑人大铝块中间的样品腔中，同时插入温度传感器，然后将大铝块放在电炉上面，将它们放在升降台上。将激光器、升降台等放在光具座上。打开激光电源，调节激光器和样品的位置，使激光从样品反射时，在屏上能看到３个反射光斑，中间
１个有干涉条纹。开启电炉，对样品进行加热，加热到一定温度，关闭电炉，在样品自然降温过程中，测出于涉条纹数ｍ，与温度ｒ之间的关系；测完数据后，将样
品旋转至另外一侧，在屏上可以看到１个有干涉条纹的光斑，同样对样品进行加热，在样品冷却过程中，测出干涉条纹数ｍ：与温度ｒ之间的关系¨。ｏ。
４．２
实验现象及数据处理
（１）激光从样品的双层面反射。调节观察屏与样
品的距离，当屏与样品距离较远时，干涉光斑较大，条纹数目少，条纹间距较大；而当屏与样品距离较近时，干涉光斑变小，条纹数目增多，条纹间距变小。实验时，选择的方便观察距离是：激光光源距离玻璃样品约
１．５
ｍ；观察屏距离玻璃样品约１．２
ｍ。
在样品自然降温过程中，干涉条纹缓慢移动，会发
生如图４从Ａ—Ｂ—Ｃ过程，当该过程出现一次，干涉条纹就移动一条条纹，之后又从Ｃ—Ｂ—Ａ，Ａ—Ｂ—Ｃ
如此循环反复。
图４干涉条纹移动过程
将所得的实验数据用Ｏｒｉｇｉｎ软件进行画图和线性拟合，得ｍ．一丁曲线旱线性，如图５所示。
图５ｍ。一ｒ拟合图
拟合结果如表１所示，表中：Ａ为拟合直线的截距以及截距的标准差ＳＡ；Ｂ为斜率以及斜率的标准差ｓＢ；Ｒ为相关系数；ＳＤ为拟合变量ｍ，的标准差。该直线拟合Ｒ＝一０．９９９６５，Ｔ与ｍ。具有良好的线性关系。
直线的斜率Ｂ＝一０．２４１４１，标准差ＳＢ＝０．００２２７，即
Ｂ＝（一０．２４１４１±０．００２
２７）［ｓ－ｔｏ］。
２６
实
表１拟合结果数据表
ＡＳＡＢ
１９．５７４２６０．１３４８７一０．２４ｌ４ｌ
验
室研
究与探
索
表２拟合结果数据表
第２９卷
Ｓ曰０．００２２７ＲＳＤ
一０．９９９６５０．０８５２５
ＡｓＡＢ
６５．７６ｌ８８
ＳＢＲＳＤ
Ｏ．ｏｏｌ１２
Ｏ．１１３０３一０．４６８
１２
～０．９９９８９０．１８ｌ
１６
在玻璃样品自然降温过程中记录数据，当干涉条纹移动１个条纹时，记录温度下降的度数，因此
５
结
语
鲁一鲁一呲４ｔ℃－ｌ一＝一一＝一¨．Ｚ４－Ｉ．器＿０．２４１℃。
△ｒ
Ｉ△ｒ
△Ｔ＝０．２４１℃～，Ａ＝６３２．８
本实验用激光光束在水平方向上的光路实现了玻璃热膨胀系数和折射率温度系数的测量，结果分别是：
口＝７．５３５
?
ｘ
１０１℃～，Ｙ＝３．２１６
Ｘ
１０“℃～。实验光
路设计水平方向，使实验操作方便、调节简单，很容易得到清晰的干涉图样。另外，采用自然冷却法，让样品缓慢降温可以保证铝块和样品构成的内腔小环境处在一个较好的热平衡状态，从而使温度测量准确，得到的数据线性良好，实验误差小。实验装置构建简单，调节和观察方便。
致谢：感谢复旦大学物理实验中心提供的实验器
材。
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
经转化后，即可运用卢＝ｍ。Ａ／（２ＬＡＴ），将Ａｍ。／
Ｄｉｌｌ，Ｌ＝（１０．１２±０．０５）
ｍｍ代人式（１），得口＝７．５３５×１０“℃～。
（２）激光从样品的单层面反射。当激光从样品的单层面反射时，在屏上只能看到１个干涉条纹的光斑。在样品自然降温的过程中，干涉条纹缓慢移动，会发生如图４从Ａ—Ｂ—ｃ过程，当该过程出现一次，干涉条纹就移动一条条纹，之后又从Ｃ—Ｂ—Ａ，Ａ—Ｂ—Ｃ如
此循环反复。
所得的实验数据用Ｏｒｉｇｉｎ软件进行画图和线性拟合，ｍ２一ｒ
４０６０
８０
１００丁／℃
１２０１４０
ｌ
５
Ｊ沈兀华，陈兀杰，－ｑ秀芳．光学薄膜制备中的激光测温技术【ＪＪ．
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由表２可知：Ｒ＝一０．９９９８９，说明ｒ与／７／，２具有良好的线性关系。直线的斜率Ｂ＝一０．４６８
０．００１１２，即Ｂ：（一０．４６８
１２±０．００１
１２，ＳＢ＝
［７］ＦＥＩＹｕｅ，ＸＩＹａｎｇｕａｎｇ，ＣＨＥＮ
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１２）ｆｓｑｏ］，而该
９ｅ”‘“…。”“”“ｅ“‘“ｙ１“ｒ［Ｊ］５ＰＩＥ，１９９８，５５８：８７母２?
玻璃样品对应此激光波长在测量温度范围内的平均折射率为ｎ＝１．５１５，代入式（２），可得玻璃的折射率温度系数
ｙ
¨１篓萎篙篡曼裟软件处理物理实验数据¨卜大学物理
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ｍ，＾
ｔｙｐｅｓ
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万方数据
测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
肖晓芳， 陈丽梅， 程敏熙， XIAO Xiao-fang， CHEN Li-mei， CHENG Min-xi华南师范大学,物理电信工程学院,广东,广州,510006实验室研究与探索
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY2010，29(4)0次
参考文献(10条)
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相似文献(9条)
1.期刊论文 宫美望 无色光学玻璃折射率温度系数与平晶等厚干涉条纹 -计量与测试技术2009,36(2)
本文通过平晶折射率温度系数和热膨胀系数对其等厚干涉条纹影响的定量分析,找出了温度变化影响平晶等厚干涉条纹的主要因素.从理论上论证了平晶表面形状判断的新方法,证明了新方法短时局部外围温升法(阶跃温升法)的合理性和可操作性.最后对标准平晶和高精度工作平晶玻璃的材质提出了特殊要求,以满足其平面度的热稳定性要求.
2.学位论文 张杨 非线性光学晶体Y<,x>La<,y>Sc<,z>(BO<,3>)<,4>(x+y+z=4)的生长与光学性能研究 2007
本文主要对Huntite结构非线性光学晶体YxLavScx(BO3)4(x+y+z=4)进行了系统的研究以及解析了Na3Sc2(BO3)3的结构。
用固相合成和X射线行衍射法完成了YLSB的赝三元系相图。在晶体生长过程中，由FY2O3的分凝系数较小，因此存晶体生长时需要加入的过量的Y2O3束弥补，确定了晶体最容易生长时Y2O3的加入量。用Li684O9做助熔剂，采用顶部籽晶上进行了YLSB晶体的生长。
YLSB晶体的热膨胀系数在a和c方向分别为7.52×10-6×17.6×10-6/k，C方向的热膨胀系数大于 a方向：用热分析的方法测定了晶体的比热容，室温时比热为0.695J/g k，比热大小随温度的升高近似呈线性增大；用自准直的方法测定了473nm，532nm，632.8nm，1064nm，1338nm五个波长下晶体的折射率，计算了晶体的折射率温度系数，同时测定了室温下YAB晶体的折射率。用激光粉木倍频的方法测定了YLSB晶体的粉末倍频效应为YAB的0.91倍，可相位匹配。
Na3SC2(BO3)3晶体用NaBO2做助熔剂进行生长，所属空间群为R-3C，组成结构的基本单元为绕三次旋转轴扭曲的ScO6八面体，NaO8多面体以及平面BO3基团。两个ScO6八面体共用三个氧原子组成[Sc2O9]多聚体。
3.期刊论文 朱益清. 王小力. 朱拓. ZHU Yi-qing. WANG Xiao-li. ZHU Tuo 具有温度稳定的法布里-珀罗标准具设计 -江南大学学报（自然科学版）2007,6(4)
为了使法布里-珀罗标准具有较好的热稳定性,从而制作性能较好的梳状滤波器,可采用特别的晶体制作标准具.通过分析表明,温度对标准具的影响归因于材料的热膨胀和折射率的温度效应.如果晶体的热膨胀系数和折射率温度系数在1个或1个以上方向上的值符号相反,则光束在晶体中某些方向上的光程与温度无关.据此提出了用晶体材料制作具有热稳定性的法布里-珀罗标准具的方法,并以晶体-LiSAF为例,进行具体计算和说明.结果表明,用晶体可以设计出效果很好的具有温度稳定的法布里-珀罗标准具.
4.期刊论文 马秀芳. 沈元华. MA Xiu-fang. SHEN Yuan-hua 第八届亚洲物理奥林匹克竞赛中实验考题的分析 -物理实验2007,27(12)
介绍了第八届亚洲物理奥林匹克竞赛中实验考题--"干涉法测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数"的内容、实验原理,并对实验的考试结果进行了分析.
5.学位论文 邵俊平 冰洲石晶体热学性质研究 2009
自上个世纪60年代以来偏光技术得到了飞速的发展，其应用渗透到与光学技术相关的各个学科领域。偏光器件作为偏光技术发展的基础，也迅速地由原来的几种发展到几十种，而且有不少专用偏光器件问世。其中，晶体偏光棱镜以其优良的性能成为发展的重点。晶体偏光棱镜在使用的过程中，通常要受到温度场的影响，主要体现在面形和折射率两个方面，虽然变化很小，但足以影响光在晶体中的传播，从而影响器件的光学性能。
本课题以天然晶体冰洲石为例，利用有限元分析方法研究其温度特性，为晶体偏光棱镜的设计和不同温度下的使用提供理论参考。全文概括起来包括以下几方面内容：
第一章绪论部分，主要介绍了偏光器件和偏光技术的发展概况，以及偏光器件的温度效应，并对进行本课题的目的和意义进行了说明。
第二章，首先介绍了冰洲石晶体热膨胀性质的各向异性，通过冰洲石晶体的主热膨胀系数张量，推导出冰洲石晶体任意方向热膨胀系数的表达式，及其零膨胀方向；然后，通过线性插值的方法得到不同波长对应的折射率及其双折射率温度系数；最后，针对温度对冰洲石晶体线性膨胀和折射率两个方面的影响，推导出温度对冰洲石晶体光程差的影响。
第三章，首先介绍了有限元分析计算的思路和方法，及其发展的概况；其次，系统地介绍了ANSYS应用软件的热分析功能；另外，对ANSYS软件进行晶体材料热分析的步骤进行了总结和归纳。
第四章，首先对晶体材料的热变形进行数学建模，理论上给出位移、应力、应变之间的关系；然后，应用ANSYS软件对冰洲石晶体进行几何建模，利用其强大的热分析功能对所建模型进行热分析。利用有限元软件ANSYS分析计算了冰洲石晶体的热形变，给出热膨胀系数有正有负的冰洲石晶体热形变的直观图示；结合第二章冰洲石晶体热膨胀的理论计算，验证了所建立的有限元模型的合理性，得出了冰洲石晶体的零膨胀方向；分别给出冰洲石晶体平行晶体光轴方向和垂直晶体光轴方向热应力的分布规律与数值；最后，在本文提出的有限元模型的基础上分析了响应时间、温差、空气流动速度三项实验条件对冰洲石晶体温度和热应力的影响，结果表明：对冰洲石晶体进行加热或冷却时，应控制好温度梯度以及空气流动速度，温度梯度过大冰洲石晶体瞬间就会被破坏。
本文的创新点：首先，理论上推导出冰洲石晶体任意方向的热膨胀系数的表达式，及其零膨胀方向，针对温度对冰洲石晶体线性膨胀和折射率两个方面的影响，推导出温度对冰洲石晶体光程差的影响；其次，引进有限元方法和ANSYS分析工具，对冰洲石晶体的热变形建模，为微观形变的测量开辟了新的途径；最后，利用ANSYS工具，对影响冰洲石晶体热学性质的三个因素进行模拟分析。 本课题的意义：
一方面，冰洲石晶体热学性质的研究为晶体偏光器件的优化设计和合理使用提供理论参考数据；
另一方面，针对关于微观形变的实验方法及设备不够完善，对微观应力应变的测量也存在局限的现实，引进有限元方法和ANSYS工具研究晶体的微小变形，将具有深远的意义。
6.期刊论文 顾培夫. 陈海星. 陆巍. 白胜元. 李海峰. 章岳光. 刘旭. 唐晋发 波分复用薄膜带通滤光片的中心波长温度稳定性 -光学学报2004,24(1)
讨论了影响波分复用薄膜滤光片中心波长漂移的因素,着重分析了滤光片的温度稳定性.根据实验结果,借助于高桥模型,分析计算了滤光片的折射率温度系数、线膨胀系数和泊松比以及它们对温度漂移的影响.得到了Ta2O5/SiO2滤光片薄膜的折射率温度系数、线膨胀系数、泊松比分别为1×10-5 ℃-1,5×10-7 ℃-1和0.12,指出了这三个参量是影响温度稳定性最重要的因素,特别是薄膜的折射率温度系数.对特定的基板热膨胀系数,通过调节滤光片的干涉级次和间隔层材料,可望得到零温度漂移的稳定滤光片.
7.期刊论文 穆廷魁. 李国华. 宋连科. MU Ting-kui. LI Guo-hua. SONG Lian-ke 石英波片相位延迟随温度的变化行为
-中国激光2006,33(7)
介绍了波片的相位延迟量随温度的变化行为,并提出一种测量相位延迟量的方法.由于温度的变化会对波片的相位延迟量产生影响,从而影响波片的使用精确度,为减小此影响,提高波片在不同温度下的使用精确度,需要对波片的特性进行分析.理论和数值地分析了石英波片的温度特性,得到石英波片的折射率温度系数和热膨胀系数的关系及折射率温度系数与波长的关系,为正确设计和使用波片提供参数选择依据.一块厚约1.8 mm的波片,对应波长632.8nm,温度每升高1℃,其延迟量约减少1°.针对石英波片在不同温度下使用时的不足之处,提出一种测量方法(即电光调制法)用来测量波片的相位延迟量,当信号电压控制在±700 V时,其延迟测量精度可控制在1%以内.
8.期刊论文 沈元华. 马秀芳. SHEN Yuan-hua. MA Xiu-fang 为2007年亚奥赛物理实验命题的体会 -物理实验2007,27(11)
笔者被聘为2007年亚奥赛物理实验命题,经过半年多的努力终于将科研成果--激光测温合理地转换为一个奥赛实验试题--干涉法测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数,本文主要介绍了命题过程及体会.
9.学位论文 胡玲 双折射晶体温度效应及其传感应用 2010
在科研和生产中，有很多温度测量问题。光纤温度传感器是20世界70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，抗电磁干扰，耐腐蚀等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。
本文所研究的温度传感器是一种应用于常温领域，偏振调制的传光型光纤温度传感器。我们以双折射晶体为敏感元件，加上基本光学器材，设计一种光纤温度传感器。入射光的偏振态经过石英晶体发生变化，由检偏器检测偏振态的变化量。该传感器的优点是它的结构简单，并在恶劣环境下长期稳定。主要完成的工作如下：
(1)通过对单双折射晶体的温度效应研究可知，光垂直入射到晶片，入射光分解为同一方向传播，但不同速度的寻常光和非常光，他们的相位差随着温度的变化而变化，计算得出温度与相位差的关系。通过对石英晶体折射率，折射率温度系数，热膨胀系数的研究，得到石英晶体温度与相位差关系所有需要的相关参数。
(2)对晶片相位差测定方法的讨论，详细分析了偏光干涉法。
(3)完成传感器的系统设计，利用琼斯矩阵表示法描述所有光学器件，并计算出通过光学系统后出射光的偏振态与温度关系式，运用MATLAB软件得到仿真结果。
(4)完成实验，对不同厚度的晶片的实验结果进行比较，运用MATLAB对实验结果进行曲线拟合。实验结果的误差分析以及电光效应与磁光效应对的分析。
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sysyjyts201004008.aspx
授权使用：复旦大学图书馆(fddxlwxsjc)，授权号：e8882b89-024a-4ab4-af1b-9ea600cd977c
下载时间：2011年3月14日
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