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。     

红外光学材料折射率温度系数测量装置

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2～12μm，温度范围为-50～150℃，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。     

基于PASCO平台的透明材料折射率的测量

将迈克耳孙干涉仪和PASCO实验平台相结合,设计了一种高精度、高效率测量透明材料折射率的方法.首先分析PASCO迈克耳孙干涉仪测量材料折射率的原理,然后利用高性能PASCO传感器和计算机对干涉条纹进行图像采集和数据处理,得到待测透明材料的折射率信息.最后对材料折射率的不确定度进行探究.实验结果表明,旋转角度θ对折射率的不确定度影响最大,厚度d次之,干涉条纹计数K影响最小.PASCO实验平台配合迈克耳孙干涉仪可以准确、高效的记录干涉条纹在"吞吐"时光强的变化,降低条纹计数测量的不确定度,从而提高透明材料折射率的计算精度.同时该方法还可用于和透明材料折射率相关的其他特性的测量.     

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.     

石英玻璃光学均匀性测量范围扩展技术的研究

论述了用激光干涉仪测量石英玻璃光学均匀性时测量范围扩展的问题。通过理论研究和实际测量,完成了用180mm孔径干涉仪测量300mm孔径石英玻璃光学均匀性这一目标,为实现用300mm孔径干涉仪测量直径500mm石英玻璃的光学均匀性测量问题奠定了理论与实践的基础。实验通过建立光学均匀性测量范围扩展的数学模型,采用最小二乘法误差消除方法,每步波面分别计算,最后四步合成。创新性地设计了移动测量载物调整装置,实现了高精度多维调整。采用8个子孔径就3块圆形玻璃进行了测试,就拼接测量结果与直接全口径测量结果进行了对标,其拼接波面的均匀性绝对误差平均值分别为0.13×10-5、0.14×10-5、0.03×10-6。     

变折射率光学发展概况

目前,变折射率光学设计理论发展较快,变折射率光学材料还在积极地发展中,以求适应实用的要求。制作变折射率材料的新方法不断出现,已发现的方法在继续研究、改进,以求提高产品的产量,质量以及降低成本。测量变折射率材料特性的方法比较多,也在不断改进,目前测量方面采用的方法有交流干涉仪、全息干涉法、剪切干涉法和数字塔尔博脱干涉测量技术等,这些方法在测量折射率剖面和分布、折射率光学元件象差等方面可达到一定的精度。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

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.     

“干涉逼近法”测量液体折射率

提出了一种高精度测量液体折射率的新方法一“干涉逼近法”.这种方法可以在测量过程中监视被测液体温度不均匀性给测量带来的误差.由于受温度测量的限制,其测量液体折射率的不确定度在1×10~(-6)到4×10~(-5)(2σ)之间,具体值取决于液体折射率的温度系数.     

红外光谱辐射亮度测量中温度均匀性和源尺寸效应的研究

在已有的紫外、可见和近红外波段的光谱辐射亮度国家基准的基础上,将光谱辐射亮度的测量范围向红外波段扩展,建立2 μm～14 μm红外光谱辐射亮度计量基准装置,可为遥感对地观测、气候变化、目标识别、材料发射率测量等领域的红外光谱辐射定标提供技术支撑。针对红外光谱辐射亮度测量中的温度均匀性和源尺寸效应进行研究,通过定制光阑或限制所用腔口位置实现了温度均匀性的提升;采用光学仿真、增加光阑和简化光路等方法进行了系统源尺寸效应的分析和抑制,有效地降低了源尺寸效应的不确定度。下一步将对系统的非线性效应等参数进行研究,并对整套系统的不确定度进行评估。     

基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距及其非模糊度量程分析

飞秒光梳被广泛用于时间频率技术和精密光谱测量,由其时频特性所衍生的绝对测距技术以可溯源、大尺寸、高精度等优点有望成为未来长度计量的最重要手段.本文提出了一种基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距方法,使多个连续波激光器通过光学锁相环技术同步锁定到飞秒光梳梳模上,通过多路同步相位测量和小数重合算法最终实现绝对距离测量.所提测量方法不仅能保留传统激光干涉测距的高分辨力和精度,而且可溯源至时间频率基准,对高精度长度测量、尤其是对物理复现“米”的定义具有重要计量意义.测距实验证明,四波长干涉测距的非模糊度量程达到44.6 mm,折射率波动导致非模糊度量程变化为纳米量级;多波长干涉测距的非模糊度量程也受制于空气折射率的测量误差,多波长干涉绝对测距的非模糊度量程在实验室环境下可达数米、甚至几十米,并通过2米线性位移实验证明了多波长绝对测距的大量程和线性测量性能.     

反射式光纤表面等离子体波共振传感器特性研究

研究了一种基于表面等离子体波共振(SPR)光谱分析的折射率检测新方法。研究发现,表面等离子体波共振效应光谱特征的折射率灵敏度会随着液体性质变化而发生改变。根据折射率测量范围不同,分别选择共振波长和共振强度作为检测参量,实现理论折射率分辨力达到10~(-5)数量级以上。在理论分析和实验基础上,设计出一种基于共振光强检测的终端反射式光纤表面等离子体波共振效应传感系统,采用将传感信号和基准光信号的比值作为液体折射率变化的度量值。在1．3325～1．3991的折射率测量范围内,度量值与折射率之间呈现单调递减关系,线性相关系数为0．9983。通过定义耦合系数,还可实现对表面等离子体波共振效应效应强弱和变化趋势的评估。     

Continuous-wave measurement of the fiber nonlinear refractive index

We propose a technique for measuring the nonlinear refractive index of fiber based on transmission-coefficient measurements in a fiber Sagnac interferometer. In contrast with traditional methods, the proposed method uses a single optical source operating in cw mode and direct intensity measurement, enabling one to avoid the errors caused by fiber dispersion and uncertainty of spectral peak difference measurements that occur with pulse-based methods. The nonlinear refractive index in 20-mol. % GeO(2) fiber was measured to be (3.1 +/- 0.2) x 10(-16) cm(2) W(-1) at 1064 nm.     

用光纤迈克耳孙干涉仪测量折射率

对测量群折射率的白光干涉和光纤迈克耳孙(Michelson)干涉仪技术进行了改进.采用样吕夹片和样品与探测纤端面接触的方法,可以使群折射率的测量过程简单化.根据反射峰宽度的变化,可以调整样品反射界面与光纤的准直性,提高测量精度.     

Precision measurement of the refractive index of carbon dioxide with a frequency comb

We report a higher precision measurement of the refractive index of carbon dioxide using a frequency comb as the light source in a Mach-Zehnder interferometer setup. The experimental sensitivity can reach the level of 8.8x10(-9). Taking into account the measurement accuracy of temperature and pressure, the experimental accuracy has a value of 1.2x10(-8). The measurement result has a deviation from the commonly quoted result [Old , J. Opt. Soc. Am.61, 89 (1971)] by 6.4x10(-7) at 800 nm.     

Measurement of air refractive index based on surface plasmon resonance and phase detection

A method for refractive index of air measurement is presented based on surface plasmon resonance (SPR) and phase detection using a dual-frequency laser interferometer. Theoretical analyses indicate that the phase-difference variation of the measurement signal versus the reference signal is linear with refractive index of air (RIA) fluctuation, and the calculation formula of RIA is derived. The structure design of the self-adaptive SPR sensor greatly reduces the measurement error resulting from the incident angle shift and improves the sensitivity. The experiments show that measurement uncertainty of 10(-6) order has been achieved when phase detection precision is 0.1°. The phenomenon of sudden phase variation during air pumping and air filling, which is caused by temperature fluctuation, is discussed.     

U-shaped optical fiber sensor based on multiple total internal reflections in heterodyne interferometry

In this paper, an optical fiber sensor based on multiple total internal reflections (MTIRs) in heterodyne interferometry is proposed. With the optical fiber sensor the phase shift difference due to the multiple total internal reflections effect between the p- and s-polarizations is measured by using heterodyne interferometry. Substituting the phase shift difference into Fresnel's equations, the refractive index for the tested medium can be calculated. The resolution of the sensor can reach 1.6×10^?6 refractive index unit (RIU). The optical fiber sensor could be valuable for chemical, biological and biochemical sensing. It has some merits, such as, high resolution and stability, high sensitivity, high resolution and real-time measurement.