[发明专利]一种测量低温下材料折射率和折射率温度系数的装置

说明书

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，尤其涉及一种测量低温下材料折射率和折射率温度系数的装置，该装置为在低温下对红外或可见光材料的折射率及其在低温下温度系数进行测定的装置。 

背景技术

低温光学技术的发展为红外观测提供了优良的观测途径，在国内，由于缺少红外透射材料在低温下的折射率值和折射率随温度的变化率数据，目前只能研制全反低温光学系统。因此，成功研制折反式低温光学系统的关键之一就是要拥有红外材料低温下的折射率数据。在国外，已经有关于成功测定红外材料低温折射率数据和测量装置的报道，2004年NASA戈达德空间飞行中心（NASA’s Goddard Space Flight Center）成功研制了一个低温折射率测量系统——CHARMS，其样品控温范围为15~300K，折射率测量精度10^-6，能测量可见光到红外波段的折射率（0.4~4.5μm），但是该系统结构复杂，对轴角编码器测量精度要求很高，而且该系统需要定制专门的气浮平台，研制成本较高。在此之后，意大利INFA的科学家也研制出了一种低成本的低温折射率测量系统。该系统采用了垂直入射光路，采用自准直的方法，降低了系统的研制难度。折射率测量精度10^-5，但是只能测量可见光到近红外的低温折射率（0.4-1.7μm），样品控温范围100~300K，而且该系统采用的是垂直入射法，该方法对误差较敏感，而且只适合测量折射率较低的样品，在测量折射率较高的样品时容易发生全反射而导致测量失败。而国内当前还没有红外材料低温下（120K以下）的折射率数据和红外材料低温下折射率测量设备的相关报道，因此，精确测量红外材料在低温下的折射率对低温光学的发展意义重大。 

常温下测定光学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、干涉测量法、布鲁斯特角法等。其中，垂直入射方法测量原理简单，操作方便，比较适合做低温折射率的测定。平行光管是一种能发射平行光束的精密的光学仪器，也是装校和调整光学仪器的重要工具之一。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。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种基于垂直入射法测量低温下材料折射率和折射率温度系数的装置，该装置可实时改变样品材料的温度，从而测出在不同温度下的材料的折射率，该装置不需要购买价格昂贵的轴角编码器等精密测角装置。 

为解决上述技术问题，本发明提出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；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与阵列探测器，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。 

优选地，所述准直光源系统为单色仪，其出射准单色的可见光或红外光。 

优选地，根据不同的测量波段，所述阵列探测器分为可见光CCD和红外阵列探测器FPA。 

优选地，所述的低温真空仓是低温真空测量环境下的绝热装置，抽真空采用所述的机械真空泵和所述低温真空泵配合使用，可以达到10^-3MPa以下的真空度。 

优选地，所述绝热支撑由G10材料加工而成。 

本发明的原理在于：