分光计测折射率问题的不确定度分析

分光计是大学物理实验中常用的一种精确测量角度的典型光学仪器.可以用于测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等.在光谱学、材料特性、偏振光的研究、棱镜特性、光栅特性的研究中都有广泛的应用.本文以JJY型分光计为例,深入分析在分光计调节过程中的主要误差,研究减少测量不确定度、提高测量精度的方法.     

液晶双折射Δn的测量

描述了一种简便、精确测量液晶的双折射Δn 值的方法。种这方法既可以用于测量其分离波长的值,又可以测量其连续波长(紫外、可见光或红外光谱区)的函数值。该方法根据单色线偏振光在折射率各向异性媒质中传播时产生相位差这一原理,给出两种液晶材料 E7和 TEB30的测量结果。     

全固态双层芯结构色散补偿微结构光纤

提出了一种全固态双层芯结构色散补偿微结构光纤。该光纤以纯石英材料为基底,通过引入一种掺锗高折射率石英柱和两种掺氟/硼的低折射率石英柱,对端面折射率分布进行调节,以形成双芯结构。在对此光纤模式演化及耦合特性理论分析的基础上,利用多极法对其模式耦合位置与强度随光纤结构参数变化的关系进行了分析,对色散特性与光纤结构参数之间的变化关系进行了研究。通过优化光纤结构参数,设计出两种光纤:光纤1在1550nm处色散值达-8465ps/(nm·km),与SMF-28单模光纤熔接损耗仅为1.89dB,可对长度为其500倍的SMF-28单模光纤的色散值进行补偿;光纤2与SMF-28单模光纤的熔接损耗仅为1.41dB,可对长度为其15.5倍的SMF-28单模光纤在C波段的色散值进行补偿,最大残余色散绝对值仅为1.38ps/nm。与石英-空气孔微结构光纤相比,所提出的全固态色散补偿微结构光纤易制备且易与传统通信光纤熔接。     

一种无损检测眼镜镜片折射率的方法

提出了一种无损检测眼镜镜片基底折射率的方法。该方法通过测量眼镜镜片在可见光区域内的反射比数据,采用高斯牛顿迭代法拟合反射比曲线来检测镜片基底折射率,并用Cauchy模型分析了镜片折射率的色散现象。检测结果表明,镜片折射率的相对误差不超过2%,可基本满足对镜片折射率区间的判定。     

空芯光纤中介质层材料色散的研究

提出一种根据实验测量的损耗谱曲线,通过曲线拟合等方法获得空芯光纤巾介质层薄膜材料色散性质的方法,并使用此方法得到了数种空芯光纤中常用的介质层材料在可见光与近红外Ⅸ域的色散柯西公式.将得列的介质层材料色散引入到空芯光纤传输损耗谱的理论计算中之后,相对于小考虑材料色散或者使用文献中提供的色散数据进行计算的结果,理论计算结果能更好地符合实验测量结果,从而能够在理论上更加准确地预估空芯光纤在可见光与近红外区域的低损耗窗口的位置.所获得的材料色散柯西公式对于空芯光纤的高性能化没计有重要的辅助作用.     

折射率色散效应对晶体硅太阳电池反射率的影响

为了分析色散效应对晶体硅太阳电池反射率的影响，在考虑材料折射率色散效应的情况下，运用光学干涉矩阵计算了具有SiO2单层减反射膜和MgF2/ZnS双层减反射膜晶体硅太阳电池的反射率与波长的函数关系，并与实验结果和未考虑色散效应的计算结果进行了对比分析.结果表明：考虑折射率色散效应的计算结果与实验测量数据完全相符，而未考虑折射率色散效应的计算结果与实验测量数据相差较大，最大差值分别为21.5％和16.9％.     

石英晶体双折射率紫外至近红外波段色散特性实验的研究

介绍了偏光干涉测量石英晶体双折射率色散特性及其相关数据处理方法。利用偏光干涉光谱极值点的精确判断,完成极值点波长对应的材料的双折射率的测量,获得了紫外至近红外光波段石英晶体的最大双折射率与波长关系离散的数据曲线,经多项式拟合数据处理,进而得到任意波长的双折射率函数关系式。此方法对其它各向异性晶体材料的双折射率色散特性的研究同样适应。     

用液芯柱透镜测量液体折射率

制作了一种液芯变焦柱透镜并将其用于精确测量液体的折射率.在空心的柱透镜内注入待测折射率的液体,通过测量液芯透镜的焦距,根据焦距和折射率之间的关系,计算出液芯介质的折射率.此方法有效地提高了折射率测量的灵敏度,减小了测量系统的景深.选取×20倍显微物镜可实现液体折射率1.3～1.642范围内的精确测量,单次测量误差小于0.000 2.     

棱镜法测量水的色散

本文改进了测量液体折射率的一种方法，由原先对单色波长光源测量液体折射率发展为用复合光源（汞灯）直接测量色散．在原先两个等边三棱镜之间加入液体膜，在利用全反射原理的基础上，增加了一个棱镜用于产生色散．测出了水对于不同波长的光的色散，与文献对照不确定度在0．1％以内．最后对这种测量方法作了讨论．     

利用色散法探索玻尔氢原子理论测量普朗克常数

普朗克常数是物理学中一个重要的常数，利用测角仪器分光计，探索用玻尔氢原子理论来测普朗克常数。根据最小偏向角测量三棱镜折射率的原理，利用分光计测量三棱镜的折射率来研究光的色散规律，测量棱镜材料对不同波长入射光的折射率，得到棱镜材料的色散曲线和拟合方程。根据玻尔的氢原子理论，用分光计测出氢原子光谱四条谱线（α，β，γ，δ）的偏向角对应的折射率，由科西经验公式计算出相应的波长。     

利用可见光测量近红外单模光纤的模场

光纤的模场分布是光纤最基本的特性,它包含了很多光纤的有关信息,单模光纤都工作在不可见的近红外波长范围内,且在可见光范围并非单模工作。提出了一种利用可见光测量近红外单模光纤模场直径的新方法,导出了一个考虑光纤材料色散的更精确地计算不同V值时模场直径的公式,设计了利用可见光直接拍摄模斑的系统,采用缠绕法提取基模,消除了高阶模对测量结果的影响,利用二元非线性曲面拟合,测得了光纤在近红外工作波长下的模场直径。由于无需红外光源、红外探测器以及精密的扫描装置,该方法具有成本低廉、测量速度快、调整容易等优点。     

炸药爆炸作用下液体破碎后颗粒尺寸分布的研究

 对液体抛撒的液滴尺寸进行研究在军事和民用上是很重要的，国内刚开始使用激光散射仪开展此项研究工作。利用R. A. Dobbins等人的液体颗粒测量技术，研制了一套既简单又实用的测量液体抛撒过程中液滴尺寸的实验装置——激光散射仪。对于激光与液体微粒的相互作用，当微粒的反射与折射和吸收效应可被忽略时，可导出液体微粒对激光散射的光强公式。只要测量激光被微粒散射的光强，就可推算出微粒的Sauter平均直径。在使用激光散射仪测量液体抛撒液滴尺寸的实验中，用水代替爆炸抛撒液体，测量结果表明：液体抛撒二次破碎中，在固定位置测量到的云雾区液滴Sauter平均直径随测量时间的增加呈现出减小的趋势；而云雾区的宽度则随着与抛撒中心距离的增大而呈现出增加的趋势；云雾区前沿的液滴Sauter平均直径随着与抛撒中心距离的增加而呈现出先逐渐增大然后迅速减小的趋势。为便于比较，对燃料抛撒二次破碎进行了回收法测量和数值模拟计算，其测量与计算结果与用激光散射仪测量的结果有较好的一致性。     

非球形烟尘粒子后向散射场的光谱分析

在利用后向散射法测量烟尘浓度和粒径的过程中,对烟尘粒子模型的后向散射光谱特性进了计算,确定影响后向散射光谱强度的主要因素并进行分析。对实际排放的烟尘进行显微观察表明,利用椭球、圆柱和广义切比雪夫3种非球模型可以较好地模拟烟尘粒子,其等效直径约1μm。通过"T矩阵法"对这3种非球形粒子模型后向散射场的光谱特性进行了分析,结果表明:非球形粒子的可见/红外波段后向散射现象较球形粒子明显,特别是广义切比雪夫粒子的后向散射光强最高可达到前向的3.5倍;对于吸收性非球形粒子(复折射率m=1.57-0.56i),后向散射光强远大于非吸收性非球形粒子(复折射率m=1.57-0.001i);随着粒子等效半径的增大,光源波长也应随之增加。这为在实际测量时光源及方位的选择提供了理论依据。     

Transparent conductive reduced graphene oxide thin films produced by spray coating

Reduced graphene oxide thin films were fabricated on quartz by spray coating method using a stable dispersion of reduced graphene oxide in N,N-Dimethylformamide.The dispersion was produced by chemical reduction of graphene oxide,and the film thickness was controlled with the amount of spray volume.AFM measurements revealed that the thin films have near-atomically flat surface.The chemical and structural parameters of the samples were analyzed by Raman and XPS studies.It was found that the thin films show electrical conductivity with good optical transparency in the visible to near infrared region.The sheet resistance of the films can be significantly reduced by annealing in vacuum and reach 58 k?with a light transmittance of 68.69%at 550 nm.The conductive transparent properties of the reduced graphene oxide thin films would be useful to develop flexible electronics.     

测量石英晶体光轴方向厚度的光谱分析法

基于石英晶体的旋光色散原理,提出了一种测量石英晶体光轴方向厚度的光谱分析方法。利用光学矩阵方法对测量原理进行了分析,指出通过测量由两个正交的偏光镜和待测石英晶体所组成的系统的透射曲线就可以精确计算出待测石英晶体的厚度。在实验的过程中进行了误差分析,分析表明选取长的测量波段、低的扫描速度、短的响应时间和小的狭缝宽度都有利于提高测量精度,并从理论上证明所得厚度的精度高于电子数显千分尺的测量精度。利用三种不同的方法对两块不同厚度的石英晶体进行了测量,测量结果表明利用提出的方法所得厚度的精度可以达到0.1μm,与理论分析的结果相一致。     

A Temporal Method for Dispersion Measurements with Ultrashort Pulses in the Visible and Near-Infrared Region

We investigate a temporal method using ultrashort pulses for measuring the whole set of dispersion characteristics of birefringent crystals. The principle consists in measuring the time of flight of ultrashort pulses through the crystal. It allows the determination of the principle axes, the indices, the group velocities and the group velocity dispersion. These measurements are realized on an AgGaS₂ crystal in the visible and near-infrared spectrum.     

石英光学窗口的高温热辐射物性实验研究

建立了高温光谱透射率测量装置,测量了石英光学窗口在300～1100K温度范围内的可见光及近红外四个光谱下的法向透射率。根据样件的光谱透射率测量数据,基于双厚度法计算获得了石英光学窗口的光谱折射率和光谱吸收系数。利用光谱折射率和光谱吸收系数预测的另一种厚度的样片透射率数据与实验测量值的相对误差小于10%。     

Characterization of laser seeding by use of group-velocity dispersion in an atomic-vapor filter

A method for measuring laser seeding efficiencies by use of group-velocity dispersion has been developed. By tuning the laser near a resonance in an atomic-vapor filter it is possible to temporally decouple the seeded (narrow-band) light from the unseeded (broadband) light. We measured a seeding efficiency of 99.8% of the third harmonic of an injection-seeded Ti:sapphire laser. A model for the observed dispersion has been developed and tested. The group-velocity dispersion in the filter may also be used to chirp pulses for spectral analysis in the time domain.