一种测量低温下材料折射率和折射率温度系数的装置

摘要

本发明提供一种测量低温下材料折射率和折射率温度系数的装置，该装置包括准直光源系统、分光镜、瞄准系统、低温真空仓、样品仓、双面旋转反射镜、电控旋转台和平行光管。当样品仓中温度降低时，样品的折射率会随着改变，偏向角δ也会有微小的变化Δδ，偏向角变化量可由平行光管测量出，从而得到低温下材料的折射率改变。本发明基于最常用的垂直入射法的，原理简单，操作方便，所测得样品棱镜可以是红外材料也可以是可见光波段的材料，应用范围广，用平行光管代替了一般测量用的编码器，平行光管测角度的微小变化准确度高，能很好的应用于测量低温下材料射率变化引起的偏向角的微小变化，降低了装置成本，提高了偏向角测量精度。

主权项

一种测量低温下材料折射率和折射率温度系数的装置，其特征在于，该装置包括准直光源系统、分光镜、瞄准系统、低温真空仓、样品仓、双面旋转反射镜、电控旋转台和平行光管；其中，所述的分光镜表面经镀膜处理，使测量时所用波段的光束50％透射，50％反射，所述分光镜置于准直光源系统和低温真空仓之间的光路上，用于反射经低温真空仓后出射的平行光，使该平行光顺利进入瞄准系统；所述瞄准系统包括离轴聚焦抛物面反射镜和阵列探测器，所述离轴聚焦抛物面反射镜用于瞄准焦点位置，所述阵列探测器用来探测聚焦光斑；所述的低温真空仓包括与该低温真空仓相连所述的电控旋转台，所述电控旋转台用于调整双面旋转反射镜的角度变化；所述样品仓位于低温真空仓内部，其还包括与该样品仓相连的绝热支撑，用于隔绝该样品仓与所述低温真空仓的热传导，实现样品仓的制冷；所述样品仓用于放置样品棱镜；所述双面旋转反射镜正面抛光并镀反射膜，背面同时抛光并镀反射膜；所述旋转双面旋转反射镜由连接到所述的低温真空仓上的电控旋转台驱动进行微小角度的转动；所述旋转双面旋转反射镜一方面用于垂直反射由样品仓出射的光束，使光束按原路反射回去；另一方面用于平行光管的瞄准和选择该双面旋转反射镜的角度改变的测量；所述平行光管在所述的低温真空仓的一个光路出口处，通过读出该平行光管的玻罗板上的焦点的移动来间接测量双面旋转反射镜旋转角度的微小转动；该装置工作过程分为两个步骤：首先是调整光路，将常温下折射率已知的样品棱镜放入样品仓(6)，然后准直光源系统(1)采用可见光激光器做光源，使部分光束在经过入射面时发生发射，调整样品仓(6)转角，使光束返回到瞄准系统，并聚焦在离轴聚焦抛物面反射镜(5)的视场中心，最后打到探测器系统的阵列探测器(4)上，此时，样品棱镜入射面与入射光已经垂直；第二步是正式降温测量，过程为先开启机械真空泵阀门(16)，关闭低温泵阀门(15)，粗抽真空仓内空气，当真空度到达10Pa以下时，关闭机械真空泵(12)和机械真空泵阀门(16)，开启低温真空泵阀门(15)，利用低温真空泵(14)进行抽高真空，真空度下降到10^‑3Pa时，开启G‑M制冷机(13)对样品仓进行制冷，对样品仓初始温度设置为室温300K，调整双面旋转反射镜(9)的角度，使经过样品棱镜的偏转光束按原路返回，从真空仓入射窗口出射，经分光镜(3)反射进入瞄准系统，再次微调双面旋转反射镜(9)，使聚焦光斑聚焦到视场中心，并调整好平行光管，使平行光管出射光从双面反射镜返回的像与玻罗板上的十字叉丝重合，此时计算机记录下光斑质心坐标(x₀,y₀)和室温下样品棱镜的偏向角δ₀，此时的偏向角是根据已知样品棱镜顶角和常温下折射率计算出来的；然后样品仓温度每下降10℃按照以上步骤进行一次测量，保证每次瞄准系统中返回的光斑质心坐标与(x₀,y₀)重合，每次测量都可以在平行光管中读出旋转双面反射镜的角度改变，即偏向角的改变Δδ，则此温度下的折射率改变可以表示为其中顶角A、初始偏向角δ₀都是已知的，所以折射率改变可以直接计算出来，进而折射率和折射率温度系数也能通过计算机计算出来，通过编写相应的软件，以上测量过程可实现自动化测量、计算。