[发明专利]基于斯托克斯矢量的透明陶瓷弹光系数测试方法

摘要

本发明公开了基于斯托克斯矢量的透明陶瓷弹光系数测试方法，包括光路构成与光路调节、可调力加载、数据获取和处理方法。所用仪器包括：平行光源、起偏器、力加载器、力传感器和力数显仪表、三维可调样品支架、偏振态测试仪。测试原理为：当材料在外加力作用下折射率发生变化时，与所加力垂直方向成45º的线偏振光通过样品后，光的偏振态会发生变化，测量出偏振光的斯托克斯矢量随外加应力变化的关系数据，由公式∆φ=arctan(S3/S2)计算出双折射光的相位差，进而计算出双折射率和弹光系数。本测试方法及原理科学明了、光路构成与调节简单、样品制备容易，既可测量各向同性的透明陶瓷材料和器件的弹光系数，也可测量各向异性晶体材料和器件的弹光系数，普适性强。

主权项

1.基于斯托克斯矢量的透明陶瓷弹光系数测试方法，所述测试方法在测试过程中选用的仪器设备包括：平行光单色激光器(1)、起偏器(2)、力加载器(3)、力传感器(4)、三维可调支架(5)、偏振态测试仪(6)和压力数显仪表(7)，所述压力数显仪表(7)用于读取力传感器(4)感应到力加载器(3)所加力的大小；其特征在于：所述测试方法包括：光路构成与光路调节、可调力加载、数据获取和处理方法；具体按如下步骤进行：S1：制备光学表面样品：将待测的透明陶瓷材料切割成一定尺寸的立方形，利用传统的光学抛光技术将样品表面抛光，且保证至少要将通光方向上的两相对面抛光，并确保抛光后两相对面的平行，制得呈立方体形状的测试样品；S2：将单色激光器输出的单色激光经准直器准直后,生成具有一定直径的平行光束，构成平行光单色激光器(1)；再将依次布置的平行光单色激光器(1)、起偏器(2)、三维可调支架(5)、偏振态测试仪(6)的光接收孔的中心调节为一水平直线，构成测试光路；所述起偏器(2)用于将光源的光线变成线偏振光，调节起偏器(2)的偏振方向与垂直方向成45°角，使出射线偏振光的偏振方向与垂直方向成45°角；所述三维可调支架(5)的垂直光线方向的高度可调、水平位移可调、绕垂直方向旋转可调；S3：将待测度样品置于力加载器(3)与力传感器(4)之间的中心位置；再将力加载器(3)与力传感器(4)一同置于三维可调支架(5)上，且满足力加载器(3)施加力的方向沿垂直方向，调节三维可调支架(5)的使光垂直通过样品；将力传感器(4)与压力数显仪表(7)相连；S4：调节力加载器(3)改变加载在测试样品上力的大小，同步记录压力数显仪表(7)和偏振态测试仪(6)测试的所加力的大小F和斯托克斯矢量[S₁、S₂、S₃]；S5：根据斯托克斯矢量计算双折射相位差和折射率差Δn，计算公式分别为：和式中λ为测试光的波长，L为光通过样品的长度；通过计算得出的双折射相位差值，再按如下公式计算出双折射率B(nm/cm)：S6：将双折射率B和对应所加载的应力σ(σ＝F/受力面积)数据，作B‑σ图像，计算图像中曲线的斜率，即得到待测样品的弹光系数。