專利名稱：一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)儀器，尤其是涉及一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀及其測 量方法。
背景技術(shù)：
在光學(xué)設(shè)計中，為了考慮消除光學(xué)元件溫度變化所產(chǎn)生的熱象差，需要知道光學(xué)玻 璃的折射率溫度系數(shù)。國外光學(xué)玻璃產(chǎn)品目錄中除給出玻璃折射率外，還給出折射率溫度系數(shù)、室溫(IO(TC以下)的熱膨脹系數(shù)等，而中國光學(xué)玻璃產(chǎn)品目錄中仍是空白， 國家標(biāo)準中尚未列入這些參數(shù)，少數(shù)廠家給出的零星數(shù)據(jù)是從相近玻璃組份的國外產(chǎn)品 目錄中套抄過來的。1982年7月，光學(xué)學(xué)報報導(dǎo)了光學(xué)玻璃熱光系數(shù)及其測量原理，1987 年8月又報導(dǎo)了熱光系數(shù)儀，這兩篇報導(dǎo)中給出了熱光系數(shù)的測量原理，但是沒有給出 實現(xiàn)測量原理要求特殊溫度場的具體結(jié)構(gòu)和測量方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以同時測量光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)、室 溫下熱膨脹系數(shù)及其低膨脹玻璃微熱膨脹系數(shù)等的光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀及 其測量方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量 儀，包括光源和由四個反射鏡組成的馬赫一陳德爾干涉儀，所述的干涉儀中設(shè)置有兩端 面平行的玻璃棒，所述的玻璃棒的光軸與所述的干涉儀的光軸重合，所述的干涉儀的兩 端分別設(shè)置有第一針孔光欄和第二針孔光欄，所述的第一針孔光欄的附近設(shè)置有用于測 量棒端面形成的千涉條紋變化的硅光電二極管，所述的第二針孔光欄的附近設(shè)置有用于 測量馬赫一陳德爾千涉條紋變化的硅光電池，所述的玻璃棒上設(shè)置有加熱爐。所述的加熱爐包括外罩和同軸貼設(shè)在所述的玻璃棒上的金屬導(dǎo)熱管，所述的金屬導(dǎo)熱管的長度大于所述的玻璃棒，所述的金屬導(dǎo)熱管外同軸貼設(shè)有外表面磨毛的石英玻璃 管，所述的石英玻璃管上嵌設(shè)有熱電偶，所述的石英玻璃管的外壁上均勻繞設(shè)有電熱絲， 所述的外罩與所述的石英玻璃管之間設(shè)置有保溫棉。所述的金屬導(dǎo)熱管為紫銅管，所述的紫銅管比所述的玻璃棒長10mm。 所述的熱電偶為銅一康銅熱電偶，所述的電熱絲為直徑0.1mm、電阻1KQ的鎳鉻絲。所述的玻璃棒的側(cè)面拋光，所述的玻璃棒的兩端面的平行度小于10秒。 所述的光源為He^-Ne激光。一種使用所述的測量儀的測量方法，它包括以下步驟-(1) 、將玻璃棒放入加熱爐內(nèi)并保持一段時間，微調(diào)干涉儀，使玻璃棒的馬赫一陳 德爾干涉條紋為零場，平移直徑為1.5mm的第二針孔光欄，使其對準棒端面中心，硅 光電池緊靠第二針孔光欄，硅光電池輸出與LN14-264電子電位差計Yl輸入端連接；(2) 、平移直徑為0.5mm的第一針孔光欄，使其對準棒端面干涉條紋中心，硅光 電二極管緊靠第一針孔光欄，硅光電二極管輸出與LN14-264電子電位差計Y2輸入端 連接；(3) 、設(shè)定溫度程序控制器以15'C/小時速率升溫至T1處保溫一段時間，然后以同 樣速率升溫到T2時保溫一段時間；(4) 、設(shè)定LN14-264電子電位差計走紙速率為10 20mm/分鐘，接通電源檢查周 期性光電信號的幅值，通過電子電位差計上的衰減器將信號幅值調(diào)至3 5cm即可；(5) 、溫度程序控制器開始升溫前開始記錄干涉條紋變化計數(shù)，到T2保溫時，條 紋基本不變化時即可關(guān)閉所有電源；(6) 、在記錄紙上分別計算室溫 T1、 Tl T2干涉條紋變化數(shù)im和m2，波峰到 波谷為0.5條紋，計數(shù)精度可達0.25條紋，用游標(biāo)卡尺測量玻璃樣器長度L，將波長入、長度L和mi、 m2代入公式"=附,+一f附,)義和"=!=附廣2 得到不同兩溫度范圍玻璃的折射率溫度系數(shù)p、熱膨脹系數(shù)a。上述的測量方法中，具體的步驟如下 (1)、將玻璃棒放入加熱爐內(nèi)并保持15分鐘，微調(diào)干涉儀，使玻璃棒的馬赫一陳德爾干涉條紋為零場，平移直徑為1.5mm的第二針孔光欄，使其對準棒端面中心，硅光電池緊靠第二針孔光欄，硅光電池輸出與LN14-264電子電位差計Yl輸入端連接；(2) 、平移直徑為0.5mm的第一針孔光欄，使其對準棒端面干涉條紋中心，硅光 電二極管緊靠第一針孔光欄，硅光電二極管輸出與LN14-264電子電位差計Y2輸入端 連接；(3) 、設(shè)定溫度程序控制器以15'C/小時速率升溫至T^5(TC處保溫15分鐘，然后 以同樣速率升溫到T2-10(TC時保溫15分鐘；(4) 、設(shè)定LN14-264電子電位差計走紙速率為10 20mm/分鐘，接通電源檢查周 期性光電信號的幅值，通過電子電位差計上的衰減器將信號幅值調(diào)至3 5cm即可；(5) 、溫度程序控制器開始升溫前開始記錄干涉條紋變化計數(shù)，到T2-10(TC保溫 時，條紋基本不變化時即可關(guān)閉所有電源；(6) 、在記錄紙上分別計算室溫 5(TC、 50。C 10(TC干涉條紋變化數(shù)rm和m2， 波峰到波谷為0.5條紋，計數(shù)精度可達0.25條紋，用游標(biāo)卡尺測量玻璃樣器長度L，將波長A、長度L和m" m2代入公式/ =附1 + "(2附廣附1) ;i和"=! = A得到不同兩溫度范圍玻璃的折射率溫度系數(shù)"、熱膨脹系數(shù)"。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是給出了實現(xiàn)軸對稱溫度場的加熱爐結(jié)構(gòu)，并提出 了具體測量方法，根據(jù)此測量方法，可以在一次測量中同時得到某溫度范圍的折射率溫度系數(shù)、熱膨脹系數(shù)；并且還可以測量低膨脹玻璃的微膨脹系數(shù)(lO^CT1);從不同溫 度范圍測量值，還可得到光學(xué)玻璃的二次折射率溫度系數(shù)^和二次熱膨脹系數(shù)"^為材料的生產(chǎn)和研究工作提了供新的測量儀器。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的加熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖所示， 一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，包括He^Ne激光光源9和由四個反射鏡M1、 M2、 M3、 M4組成的馬赫一陳德爾干涉儀，干涉儀的兩端分別設(shè)置有第 一針孔光欄H1和第二針孔光欄H2，第一針孔光欄H1的附近設(shè)置有用于測量棒端面形 成的干涉條紋變化的硅光電二極管Dl，第二針孔光欄H2的附近設(shè)置有用于測量馬赫一 陳德爾干涉條紋變化的硅光電池D2，干涉儀中設(shè)置有兩端面平行的玻璃棒l，玻璃棒l 的側(cè)面拋光，且兩端面的平行度小于10秒，玻璃棒1的光軸與干涉儀的光軸重合，玻 璃棒1上設(shè)置有加熱爐8，加熱爐8包括外罩7和同軸貼設(shè)在玻璃棒1上的紫銅管2， 紫銅管2比玻璃棒1長10mm，紫銅管2外同軸貼設(shè)有外表面磨毛的石英玻璃管3，石 英玻璃管3上嵌設(shè)有銅一康銅熱電偶4，石英玻璃管3的外壁上均勻繞設(shè)有直徑為0.1 mm、電阻為1KQ的鎳鉻絲5，外罩7與石英玻璃管3之間設(shè)置有保溫棉6。 一種使用所述的測量儀的測量方法，它包括以下步驟(1) 、將玻璃棒1放入加熱爐8內(nèi)并保持15分鐘，微調(diào)干涉儀，使玻璃棒1的馬 赫一陳德爾干涉條紋為零場，平移直徑為1.5mm的第二針孔光欄H2，使其對準棒端面 中心，硅光電池D2緊靠第二針孔光欄D2，硅光電池D2輸出與LN14-264電子電位差 計Yl輸入端連接；(2) 、平移直徑為0.5mm的第一針孔光欄Hl，使其對準棒端面干涉條紋中心，硅 光電二極管Dl緊靠第一針孔光欄Hl，硅光電二極管Dl輸出與LN14-264電子電位差 計Y2輸入端連接；(3) 、設(shè)定溫度程序控制器以15'C/小時速率升溫至T一5(TC處保溫15分鐘，然后 以同樣速率升溫到T240(TC時保溫15分鐘；(4) 、設(shè)定LN14-264電子電位差計走紙速率為10 20mm/分鐘，接通電源檢查周 期性光電信號的幅值，通過電子電位差計上的衰減器將信號幅值調(diào)至3 5cm即可；(5) 、溫度程序控制器開始升溫前開始記錄干涉條紋變化計數(shù)，到T240(TC保溫 時，條紋基本不變化時即可關(guān)閉所有電源；(6) 、在記錄紙上分別計算室溫 5(TC、 5(TC 10(TC干涉條紋變化數(shù)m！和m2， 波峰到波谷為0.5條紋，計數(shù)精度可達0.25條紋，用游標(biāo)卡尺測量玻璃樣器長度L，將波長人、長度L和m,、 m2代入公式"=附'+ );i和"=! = ^^義辭U不同兩溫度范圍玻璃的折射率溫度系數(shù)p、熱膨脹系數(shù)"。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，包括光源和由四個反射鏡組成的馬赫—陳德爾干涉儀，所述的干涉儀中設(shè)置有兩端面平行的玻璃棒，所述的玻璃棒的光軸與所述的干涉儀的光軸重合，所述的干涉儀的兩端分別設(shè)置有第一針孔光欄和第二針孔光欄，所述的第一針孔光欄的附近設(shè)置有用于測量棒端面形成的干涉條紋變化的硅光電二極管，所述的第二針孔光欄的附近設(shè)置有用于測量馬赫—陳德爾干涉條紋變化的硅光電池，其特征在于所述的玻璃棒上設(shè)置有加熱爐。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的加熱爐包括外罩和同軸貼設(shè)在所述的玻璃棒上的金屬導(dǎo)熱管，所述的金屬導(dǎo)熱管的長度 大于所述的玻璃棒，所述的金屬導(dǎo)熱管外同軸貼設(shè)有外表面磨毛的石英玻璃管，所述的 石英玻璃管上嵌設(shè)有熱電偶，所述的石英玻璃管的外壁上均勻繞設(shè)有電熱絲，所述的外 罩與所述的石英玻璃管之間設(shè)置有保溫棉。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的 金屬導(dǎo)熱管為紫銅管，所述的紫銅管比所述的玻璃棒長10mm。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的 熱電偶為銅一康銅熱電偶，所述的電熱絲為直徑0.1mm、電阻1KQ的鎳鉻絲。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的 玻璃棒的側(cè)面拋光，所述的玻璃棒的兩端面的平行度小于10秒。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的 光源為He—Ne激光。
7、 一種使用權(quán)利要求1所述的測量儀的測量方法，其特征在于它包括以下步驟-(1) 、將玻璃棒放入加熱爐內(nèi)并保持一段時間，微調(diào)干涉儀，使玻璃棒的馬赫一陳 德爾干涉條紋為零場，平移直徑為1.5mm的第二針孔光欄，使其對準棒端面中心，硅 光電池緊靠第二針孔光欄，硅光電池輸出與LN14-264電子電位差計Yl輸入端連接；(2) 、平移直徑為0.5mm的第一針孔光欄，使其對準棒端面干涉條紋中心，硅光 電二極管緊靠第一針孔光欄，硅光電二極管輸出與LN14-264電子電位差計Y2輸入端 連接；(3) 、設(shè)定溫度程序控制器以15'C/小時速率升溫至T1處保溫一段時間，然后以同樣速率升溫到T2時保溫一段時間；(4) 、設(shè)定LN14-264電子電位差計走紙速率為10 20mm/分鐘，接通電源檢查周 期性光電信號的幅值，通過電子電位差計上的衰減器將信號幅值調(diào)至3 5cm即可；(5) 、溫度程序控制器開始升溫前開始記錄干涉條紋變化計數(shù)，到T2保溫時，條 紋基本不變化時即可關(guān)閉所有電源；(6) 、在記錄紙上分別計算室溫 T1、 Tl T2干涉條紋變化數(shù)nn和m2，波峰到 波谷為0.5條紋，計數(shù)精度可達0.25條紋，用游標(biāo)卡尺測量玻璃樣器長度L，將波長X、長度L和im 、 m2代入公式=附'+"(2^-附')A禾口 a = 4 =附'一2附2 ;i得到不同兩溫度范圍玻璃的折射率溫度系數(shù)P、熱膨脹系數(shù)a。
8、如權(quán)利要求7所述的一種測量方法，其特征在于它包括以下步驟(1) 、將玻璃棒放入加熱爐內(nèi)并保持15分鐘，微調(diào)干涉儀，使玻璃棒的馬赫一陳 德爾干涉條紋為零場，平移直徑為1.5mm的第二針孔光欄，使其對準棒端面中心，硅 光電池緊靠第二針孔光欄，硅光電池輸出與LN14-264電子電位差計Yl輸入端連接；(2) 、平移直徑為0.5mm的第一針孔光欄，使其對準棒端面干涉條紋中心，硅光 電二極管緊靠第一針孔光欄，硅光電二極管輸出與LN14-264電子電位差計Y2輸入端 連接；(3) 、設(shè)定溫度程序控制器以15'C/小時速率升溫至T1-5(TC處保溫15分鐘，然后 以同樣速率升溫到T2-10(TC時保溫15分鐘；(4) 、設(shè)定LN14-264電子電位差計走紙速率為10 20mm/分鐘，接通電源檢查周 期性光電信號的幅值，通過電子電位差計上的衰減器將信號幅值調(diào)至3 5cm即可；(5) 、溫度程序控制器開始升溫前開始記錄干涉條紋變化計數(shù)，到T240(TC保溫 時，條紋基本不變化時即可關(guān)閉所有電源；(6) 、在記錄紙上分別計算室溫 5(TC、 50'C 10(TC干涉條紋變化數(shù)im和m2， 波峰到波谷為0.5條紋，計數(shù)精度可達0.25條紋，用游標(biāo)卡尺測量玻璃樣器長度L，將波長入、長度L和m卜m2代入公式"，+ 一"')義和《 =蕓=;i得到不同兩溫度范圍玻璃的折射率溫度系數(shù)/ 、熱膨脹系數(shù)a。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)測量儀，包括光源和由四個反射鏡組成的馬赫—陳德爾干涉儀，干涉儀中設(shè)置有兩端面平行的玻璃棒，玻璃棒的光軸與干涉儀的光軸重合，干涉儀的兩端分別設(shè)置有第一針孔光欄和第二針孔光欄，第一針孔光欄的附近設(shè)置有用于測量棒端面形成的干涉條紋變化的硅光電二極管，第二針孔光欄的附近設(shè)置有用于測量馬赫—陳德爾干涉條紋變化的硅光電池，特點是玻璃棒上設(shè)置有加熱爐；優(yōu)點是給出了實現(xiàn)軸對稱溫度場的加熱爐結(jié)構(gòu)，并提出了具體測量方法，根據(jù)此測量方法，可以在一次測量中同時得到某溫度范圍的折射率溫度系數(shù)、熱膨脹系數(shù)；并且還可以測量低膨脹玻璃的微膨脹系數(shù)(10^-7℃^-1)。
文檔編號G01N21/41GK101221126SQ20081005950
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者徐鐵峰, 戴世勛, 燕 楊, 祥 沈, 王訓(xùn)四, 聶秋華, 黃國松 申請人:寧波大學(xué)