專利名稱：一種測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，該裝置為在低溫下對(duì)紅外或可見光材料的折射率及其在低溫下溫度系數(shù)進(jìn)行測(cè)定的裝置。
背景技術(shù)：
低溫光學(xué)技術(shù)的發(fā)展為紅外觀測(cè)提供了優(yōu)良的觀測(cè)途徑，在國(guó)內(nèi)，由于缺少紅外透射材料在低溫下的折射率值和折射率隨溫度的變化率數(shù)據(jù)，目前只能研制全反低溫光學(xué)系統(tǒng)。因此，成功研制折反式低溫光學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵之一就是要擁有紅外材料低溫下的折射率數(shù)據(jù)。在國(guó)外，已經(jīng)有關(guān)于成功測(cè)定紅外材料低溫折射率數(shù)據(jù)和測(cè)量裝置的報(bào)道，2004年NASA戈達(dá)德空間飛行中心(NASA，s Goddard Space Flight Center)成功研制了一個(gè) 低溫折射率測(cè)量系統(tǒng)——CHARMS，其樣品控溫范圍為15 300K，折射率測(cè)量精度10_6，能測(cè)量可見光到紅外波段的折射率(O. Γ4. 5 μ m)，但是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)軸角編碼器測(cè)量精度要求很高，而且該系統(tǒng)需要定制專門的氣浮平臺(tái)，研制成本較高。在此之后，意大利INFA的科學(xué)家也研制出了一種低成本的低溫折射率測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了垂直入射光路，采用自準(zhǔn)直的方法，降低了系統(tǒng)的研制難度。折射率測(cè)量精度10_5，但是只能測(cè)量可見光到近紅外的低溫折射率(O. 4-1. 7 μ m)，樣品控溫范圍10(Γ300Κ，而且該系統(tǒng)采用的是垂直入射法，該方法對(duì)誤差較敏感，而且只適合測(cè)量折射率較低的樣品，在測(cè)量折射率較高的樣品時(shí)容易發(fā)生全反射而導(dǎo)致測(cè)量失敗。而國(guó)內(nèi)當(dāng)前還沒有紅外材料低溫下(120Κ以下)的折射率數(shù)據(jù)和紅外材料低溫下折射率測(cè)量設(shè)備的相關(guān)報(bào)道，因此，精確測(cè)量紅外材料在低溫下的折射率對(duì)低溫光學(xué)的發(fā)展意義重大。常溫下測(cè)定光學(xué)材料折射率有很多方法，例如最小偏向角法、垂直入射法、三最小偏向角法、全反射法、干涉測(cè)量法、布魯斯特角法等。其中，垂直入射方法測(cè)量原理簡(jiǎn)單，操作方便，比較適合做低溫折射率的測(cè)定。平行光管是一種能發(fā)射平行光束的精密的光學(xué)儀器，也是裝校和調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具之一。平行光管測(cè)角度的微小變化準(zhǔn)確度高，能很好的應(yīng)用于測(cè)量低溫下材料射率變化引起的偏向角的微小變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種基于垂直入射法測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，該裝置可實(shí)時(shí)改變樣品材料的溫度，從而測(cè)出在不同溫度下的材料的折射率，該裝置不需要購(gòu)買價(jià)格昂貴的軸角編碼器等精密測(cè)角裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，該裝置包括準(zhǔn)直光源系統(tǒng)、分光鏡、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、低溫真空倉、樣品倉、雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡、電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和平行光管；其中，所述的分光鏡表面經(jīng)鍍膜處理，使測(cè)量時(shí)所用波段的光束50%透射，50%反射，所述分光鏡置于準(zhǔn)直光源系統(tǒng)和低溫真空倉之間的光路上，用于反射經(jīng)低溫真空倉后出射的平行光，使該平行光順利進(jìn)入瞄準(zhǔn)系統(tǒng)；所述瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括離軸聚焦拋物面反射鏡和與陣列探測(cè)器，所述離軸聚焦拋物面反射鏡用于瞄準(zhǔn)焦點(diǎn)位置，所述陣列探測(cè)器用來探測(cè)聚焦光斑；所述的低溫真空倉包括與該低溫真空倉相連所述的電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)，所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)用于調(diào)整雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度變化；所述樣品倉位于低溫真空倉內(nèi)部，其還包括與該樣品倉相連的絕熱支撐，用于隔絕該樣品倉與所述低溫真空倉的熱傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)樣品倉的制冷；所述樣品倉用于放置樣品棱鏡;所述雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡正面拋光并鍍反射膜，背面同時(shí)拋光并鍍反射膜；所述旋轉(zhuǎn) 雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡由連接到所述的低溫真空倉上的電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行微小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡一方面用于垂直反射由樣品倉出射的光束，使光束按原路反射回去；另一方面用于平行光管的瞄準(zhǔn)和選擇該雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度改變的測(cè)量；所述平行光管在所述的低溫真空倉的一個(gè)光路出口處，通過讀出該平行光管的玻羅板上的焦點(diǎn)的移動(dòng)來間接測(cè)量雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)角度的微小轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直光源系統(tǒng)為單色儀，其出射準(zhǔn)單色的可見光或紅外光。優(yōu)選地，根據(jù)不同的測(cè)量波段，所述陣列探測(cè)器分為可見光CCD和紅外陣列探測(cè)器 FPA。優(yōu)選地，所述的低溫真空倉是低溫真空測(cè)量環(huán)境下的絕熱裝置，抽真空采用所述的機(jī)械真空泵和所述低溫真空泵配合使用，可以達(dá)到KT3MPa以下的真空度。優(yōu)選地，所述絕熱支撐由GlO材料加工而成。本發(fā)明的原理在于基于垂直入射法測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的工作原理參見圖I。當(dāng)平行光垂直入射到樣品棱鏡入射面AB時(shí)，根據(jù)折射定律，光束不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)光束繼續(xù)向前傳播，在經(jīng)過出射面AC時(shí)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角為偏向角δ。根據(jù)折射定律和幾何關(guān)系，
樣品材料的折射率為
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，其特征在于，該裝置包括準(zhǔn)直光源系統(tǒng)、分光鏡、貓準(zhǔn)系統(tǒng)、低溫真空倉、樣品倉、雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡、電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和平行光管；其中， 所述的分光鏡表面經(jīng)鍍膜處理，使測(cè)量時(shí)所用波段的光束50%透射，50%反射，所述分光鏡置于準(zhǔn)直光源系統(tǒng)和低溫真空倉之間的光路上，用于反射經(jīng)低溫真空倉后出射的平行光，使該平行光順利進(jìn)入瞄準(zhǔn)系統(tǒng)； 所述瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括離軸聚焦拋物面反射鏡和陣列探測(cè)器，所述離軸聚焦拋物面反射鏡用于瞄準(zhǔn)焦點(diǎn)位置，所述陣列探測(cè)器用來探測(cè)聚焦光斑； 所述的低溫真空倉包括與該低溫真空倉相連所述的電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)，所述電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)用于調(diào)整雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度變化； 所述樣品倉位于低溫真空倉內(nèi)部，其還包括與該樣品倉相連的絕熱支撐，用于隔絕該樣品倉與所述低溫真空倉的熱傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)樣品倉的制冷；所述樣品倉用于放置樣品棱鏡；所述雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡正面拋光并鍍反射膜，背面同時(shí)拋光并鍍反射膜；所述旋轉(zhuǎn)雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡由連接到所述的低溫真空倉上的電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行微小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡一方面用于垂直反射由樣品倉出射的光束，使光束按原路反射回去；另一方面用于平行光管的瞄準(zhǔn)和選擇該雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡的角度改變的測(cè)量； 所述平行光管在所述的低溫真空倉的一個(gè)光路出口處，通過讀出該平行光管的玻羅板上的焦點(diǎn)的移動(dòng)來間接測(cè)量雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)角度的微小轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直光源系統(tǒng)為單色儀，其出射準(zhǔn)單色的可見光或紅外光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，其特征在于，根據(jù)不同的測(cè)量波段，所述陣列探測(cè)器分為可見光CCD和紅外陣列探測(cè)器FPA。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，其特征在于，所述的低溫真空倉是低溫真空測(cè)量環(huán)境下的絕熱裝置，抽真空采用所述的機(jī)械真空泵和所述低溫真空泵配合使用，可以達(dá)到10_3MPa以下的真空度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，其特征在于，所述絕熱支撐由GlO材料加工而成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測(cè)量低溫下材料折射率和折射率溫度系數(shù)的裝置，該裝置包括準(zhǔn)直光源系統(tǒng)、分光鏡、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、低溫真空倉、樣品倉、雙面旋轉(zhuǎn)反射鏡、電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和平行光管。當(dāng)樣品倉中溫度降低時(shí)，樣品的折射率會(huì)隨著改變，偏向角δ也會(huì)有微小的變化Δδ，偏向角變化量可由平行光管測(cè)量出，從而得到低溫下材料的折射率改變。本發(fā)明基于最常用的垂直入射法的，原理簡(jiǎn)單，操作方便，所測(cè)得樣品棱鏡可以是紅外材料也可以是可見光波段的材料，應(yīng)用范圍廣，用平行光管代替了一般測(cè)量用的編碼器，平行光管測(cè)角度的微小變化準(zhǔn)確度高，能很好的應(yīng)用于測(cè)量低溫下材料射率變化引起的偏向角的微小變化，降低了裝置成本，提高了偏向角測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01N21/41GK102830090SQ20121030522
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者倪磊, 楊月英, 廖勝, 任棲峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所