用毛细管焦点法精确测量微量液体的折射率

介绍了用毛细管焦点法精确测最微量液体折射率的一种新技术.该技术基于共轴球面光学系统的成像原理,用LED(λ=580 nm,FWHM为32nm)为测量光源,用CCD为像接收装置.一次测量样品需要量小于0.002 mL.待测样品封闭在毛细管内测量,有利于对毒性、挥发性和吸湿性强的液体介质折射率的测量.用此技术对纯水、乙醇、乙二醇和丙三醇样品的折射率做了测量,测量精度分别为0.0001,0.0002,0.0003和0.0003.论文在分析实验装置的测量灵敏度和成像景深基础上,提出了进一步提高测最精度的方法.     

一种非接触测量光学零件厚度的方法

为了实现光学零件厚度的非接触测量,设计了一种基于电光扫描的非接触测量方法。采用电扫描技术控制光开关,形成半径依次减小的环状光束,经过锥透镜后在光轴上形成连续移动的光点,当光点瞄准待测光学零件表面时,反射能量出现峰值,即定位了待测零件的表面,进而获得光学零件的几何厚度。建立了测量平板零件厚度和透镜中心厚度的数学模型;从理论上探讨了该方法的测量范围和测量精度。结果表明:设定锥面镜口径为100mm,材料折射率为1.52,当锥面镜的锥角从1°变化到40°时,测量动态范围可以从5507mm变化到26mm;当测量范围为26mm时,测量精度可以达到2.5μm。该方法可基本满足目前光学零件中心厚度的测量需求。     

使用移测显微镜测量平行平板的折射率

依据折射定律,通过移测显微镜测量光线经平行平板产生的位移,确定平行平板的折射率.利用不确定度分析,给出入射角和平板厚度测量范围的建议,并分析了显微镜系统景深对平行平板厚度的限制.实际测量结果与利用阿贝折射仪的测量结果一致,该实验可作为基础物理实验中折射率测量相关实验项目的拓展.     

使用红外干涉仪测量红外材料折射率

使用自行研制的泰曼型红外干涉仪测量红外材料的折射率.在干涉仪的测试臂中加一个旋转台,将被测件放在旋转台上旋转,在旋转过程中经过被测件的光程发生改变,导致干涉条纹发生移动,通过测量条纹的移动数和被测件的旋转角度来计算出被测件的折射率.测量结果显示,25°C时在10.6μm波段处锗单晶的折射率为4.003,硫系玻璃锗砷硒(GeAsSe)的折射率为2.494.折射率测量的误差在10-3量级,增加被测件的厚度会进一步提高折射率的测量准确度,待测红外材料的折射率越低,测量准确度越高.     

使用红外干涉仪测量红外材料折射率

使用自行研制的泰曼型红外干涉仪测量红外材料的折射率.在干涉仪的测试臂中加一个旋转台,将被测件放在旋转台上旋转,在旋转过程中经过被测件的光程发生改变,导致干涉条纹发生移动,通过测量条纹的移动数和被测件的旋转角度来计算出被测件的折射率.测量结果显示,25 °C时在10.6 μm波段处锗单晶的折射率为4.003,硫系玻璃锗砷硒（GeAsSe）的折射率为2.494.折射率测量的误差在10－3量级,增加被测件的厚度会进一步提高折射率的测量准确度,待测红外材料的折射率越低,测量准确度越高.     

角入射法测量三棱镜材料的折射率

本文讨论了用分光计测三棱镜材料折射率的一种方法，对两个样品进行实测并和最小偏向角法进行比较。     

测量三棱镜折射率的一种新方法

本文介绍一种用移测显微镜测量三棱镜折射率的方法,该方法通过测量物点和物点在三棱镜中所成虚像之间的几何关系,可计算得到三棱镜折射率。     

基于蓝光扫描仪的高光面小圆角结构测量方法

对于高光表面及小圆角结构工件，传统的光学测量方法以及设备难以满足工程要求，基于蓝光扫描仪，提出一种球心偏置测量方法。在待测工件表面附着经220目砂粒喷砂处理的钢球，利用蓝光扫描仪对钢球进行快速扫描并拟合出扫描点云的球心点，沿待测工件表面法矢方向偏置钢球半径可得到工件表面实测点。利用该方法对标准圆棒进行测量，拟合直径差值为0.000 2 mm，测量精度在0.03 mm以内，验证了该方法原理的可行性。以进排气边圆角R < 0.1 mm的抛光叶片某条截面线为例，测量精度在0.03 mm以内。该方法不受待测工件表面材质影响，对于高反光表面以及具有微小结构特征工件的测量具有重要意义。     

用短相干光源测量平行平板玻璃的光学均匀性

为了解决传统干涉绝对测量法不能测量前后表面平行度很好的光学玻璃和晶体均匀性问题,提出了在以短相干光为光源的泰曼-格林干涉仪上,通过调整参考光路的光程,使被测样品的前后表面分别处在零光程差位置,这样从样品两面反射回来的光就不会同时满足和参考光相干涉的条件,从而解决了前后面的反射光干涉混叠问题.用虚光栅移相莫尔条纹法处理采集到的干涉图,得到位相数据,代入绝对测量法的计算公式,得出待测样品的折射率分布.对厚度为13 mm、口径为75 mm的光学平板玻璃进行测量.结果表明,光学均匀性检测准确度可达到2.6×10－6,被测样品折射率偏差的峰谷值为Δnpv=6.06×10－6,均方根值为Δnrms=8.96×10－7.     

测量液体折射率的一种新方法——液芯柱透镜散焦宽度法

本文提出了一种基于消球差复合液芯柱透镜快速、准确测量液体折射率的新方法——液芯柱透镜散焦宽度法.该方法利用消球差复合液芯柱透镜在较宽折射率范围内系统球差小、成像准确的特点,基于不同折射率在成像系统上呈现一一对应的散焦图像,仅需采集一幅散焦图像即可得到待测液体的折射率.用该方法测量了室温(20℃)下21组不同液体的折射率,测量结果与用阿贝折射仪测量结果一致,用ZEMAX和光线追迹逐面成像法仿真的散焦宽度图像与实验图像一致.用该方法测量液体折射率具有系统简单、稳定性好、操作简便、测量速度快等特点.     

Simple and accurate measurement of the absorption coefficient of an absorbing plate by use of the Brewster angle

We propose a simple and accurate method for measuring the refractive index and the absorption coefficient of an absorbing parallel plate. The method is essentially based on transmittance measurement with minimum reflectance at the Brewster angle for p-polarized light, which enables us to measure a low absorption loss of the order of 0.1 dB/cm for a typical plate thickness of 1 mm. The error that is due to the approximation used is practically negligible, and the accuracy of measured results depends mainly on the variations in the flatness and parallelism of the two surfaces of the sample and on instrumental errors.     

光波导技术同步测量棱镜及波导薄膜参数

依据全反射理论和棱镜耦合原理,实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到棱镜耦合M线,曲线前面几组的波谷为波导模激发,在M线左侧收尾处有一个不完整波峰,其反射光强随入射角迅速衰减,为全反射时的临界点,由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量;用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4,波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。     

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

Determination of the refractive index profile of polymer optical fiber preform by the transverse ray tracing method

In graded-index polymer optical fiber (GI-POF), the refractive index profile is an important parameter in defining its bandwidth. However, direct determination of the refractive index profile of GI-POF is difficult due to its extreme thinness. In this study, the refractive index distribution of the GI-POF is indirectly determined by measuring the refractive index distribution of the GI-POF perform by applying the transverse ray tracing method to a simplified measurement system that we developed.In this system, a parallel tabular ray is irradiated transversely to a GI-POF preform. The transverse ray from the preform is then projected on a screen, and its digital image is processed to calculate the refractive index distribution. The calculation is based on a transverse ray simulation, a computer program that we developed in which the refractive index distribution of the preform is determined by comparing the displacement of the transverse ray projected on the screen with the actual measurement.The accuracy of this new measurement method is validated by comparing the refractive index distribution of a GI-POF preform with the refractive index distribution measured by the conventional method using an interferometer. We find that the refractive index distribution measured by this novel method agrees well with that measured by the conventional method.     

一种基于相位测量的角漂移自适应结构表面等离子体共振气体折射率测量系统

提出了一种可抑制角漂移的表面等离子体传感器结构,并结合相位测量设计了相应的气体折射率测量系统。分析表明激光入射角、金膜厚度以及反射光p、s分量的相位差与气体折射率之间的固有非线性是影响相位响应度与折射率测量精度的主要因素。计算表明所提出的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并很大程度提高了测量灵敏度。同时分析设计了金膜厚度参数,并评估了反射光p、s分量的相位差与气体折射率之间固有非线性带来的误差。应用于空气折射率的测量比对实验显示其测量精度达到了10-6量级。     

硼酸盐聚合物层数对表面等离子共振谱葡萄糖浓度测量的影响

在表面等离子共振谱(surface plasmon resonance, SPR)葡萄糖浓度测量中,引入一种全新的能够特异性吸附葡萄糖分子的硼酸盐聚合物PAA-ran-PAAPBA,实现了葡萄糖浓度的特异性检测。采用层层自组装的方法分别在SPR传感器表面绑定6层和12层硼酸盐聚合物,研究了聚合物层数对葡萄糖浓度测量效果的影响。分别在浓度范围1~10 mg·dL-1(浓度间隔Δ=1 mg·dL-1)、10~100 mg·dL-1(浓度间隔Δ=10 mg·dL-1)、100~1 000 mg·dL-1(浓度间隔Δ=100 mg·dL-1)内进行实验,实验数据采用二次曲线进行拟合,得到折射率差值ΔRU和葡萄糖浓度之间的拟合度。实验结果显示在前两个较小葡萄糖浓度范围内绑定有12层聚合物传感器的测量效果要明显好于6层聚合物,在第三个较大葡萄糖浓度范围内聚合物层数的影响并不明显,表明在小浓度范围内增加聚合物绑定层数可以改善葡萄糖测量效果。     

利用Mach-Zehnder干涉仪测量晶体的折射率与光学均匀性

本文介绍了利用Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪测量平板状透明介质折射率的方法，给出了测量公式，分析了各种测量误差以及可能达到的测量精度。通过对纯质ＬｉＮｂＯ３晶体片的折射率ｎｅ的测量，证实了该方法的可行性，并表明其特别适合于高折射率的各向异性晶体片折射率的测量。     

Measuring the thickness and refractive index of a thick transparent plate by an unexpanded laser beam

The thickness and refractive index of a thick transparent plate are measured by using an unexpanded HeNe laser beam. The laser beam is incident at different angles onto the plate; and then two reflected beams; from the front and back surfaces; are received on a distant screen: the corresponding separations between them are measured. A theoretical relation between the refractive index; thickness; angle of incidence and separation is derived. This relation is experimentally verified and shows good agreement. The errors in the measured thickness and refractive index are analysed. The method is non-contact; non-destructive and low cost.     

High precision refractometry based on Fresnel diffraction from phase plates

When a transparent plane-parallel plate is illuminated at a boundary region by a monochromatic parallel beam of light, Fresnel diffraction occurs because of the abrupt change in phase imposed by the finite change in refractive index at the plate boundary. The visibility of the diffraction fringes varies periodically with changes in incident angle. The visibility period depends on the plate thickness and the refractive indices of the plate and the surrounding medium. Plotting the phase change versus incident angle or counting the visibility repetition in an incident-angle interval provides, for a given plate thickness, the refractive index of the plate very accurately. It is shown here that the refractive index of a plate can be determined without knowing the plate thickness. Therefore, the technique can be utilized for measuring plate thickness with high precision. In addition, by installing a plate with known refractive index in a rectangular cell filled with a liquid and following the described procedures, the refractive index of the liquid is obtained. The technique is applied to measure the refractive indices of a glass slide, distilled water, and ethanol. The potential and merits of the technique are also discussed.     

海水盐度光纤遥测技术研究——测量原理

提出了一种用于海水盐度检测的光学新方法 ,利用光纤光学技术与CCD检测相结合的测量技术 ,并通过测量待测海水与参考蒸馏水的折射率差的方法 ,减小了盐度测量受温度的影响 ,并可实现海水盐度的自动化远距离遥测。建立了测量原理的理论模型。该系统水下的测量探头部分由无源的全光学结构组成 ,具有结构紧凑、精度高、抗电磁干扰、防燃、防爆、可柔性弯曲等诸多优点 ,在海洋勘探 ,环境监测以及军事、进出口贸易中的水尺计重等领域有广泛的应用前景和实用价值