專利名稱：一種光學玻璃應力光學系數測量儀及其測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學儀器，尤其是涉及一種光學玻璃應力光學系數測量儀及其測量 方法。
背景技術：
各向同性的光學玻璃，在溫度變化時由于玻璃內部溫度不均勻而產生熱應變，玻璃 呈現出單軸晶體的光學行為，對不同偏振方向的光的折射率不同，發(fā)生應力雙折射現象， 使光學系統(tǒng)產生新的象差。蘇聯和德國光學玻璃產品目錄中給出了不同牌號光學玻璃的 兩個應力光學系數，而中國光學玻璃仍然是空白，光學玻璃國家標準中也沒有列入這些 參數，國內沒有相應的測量儀器。1982年7月，光學學報報導了光學玻璃熱光系數及其 測量原理，1987年8月光學學報報導了熱光系數儀，在這兩篇報導中，給出了熱光系數 P、 Q測量原理和儀器原理，但沒有給出具體測量方法和和具體結構，而且熱光系數P、 Q只適用于激光器中，沒有普遍意義。發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種光學玻璃產品更基本、更普遍的應力光學系 數的測量儀及其測量方法。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為 一種光學玻璃應力光學系數測量 儀，包括探測光源和由四個反射鏡組成的馬赫一陳德爾干涉儀，所述的千涉儀中設置有 空心圓柱玻璃，所述的空心圓柱玻璃的光軸與所述的干涉儀的光軸重合，所述的空心圓 柱玻璃的內表面貼設有金屬導熱管，所述的金屬導熱管內設置有電熱棒，所述的空心圓 柱玻璃外同軸套設有灌注冷卻水的水冷腔，所述的水冷腔上設置有進水嘴，所述的空心 圓柱玻璃的兩端與所述的水冷腔和所述的金屬導熱管之間分別設置有密封圈。所述的空心圓柱玻璃的兩端面為光學平面，所述的兩端面的平行度小于10秒。所述的探測光源為He—Ne激光。 所述的金屬導熱管為紫銅管。一種使用所述的光學玻璃應力光學系數測量儀的測量方法，它包括以下步驟(1) 、開啟水冷腔的閥門，注入冷卻水，水溫為T2，穩(wěn)定一段時間后，微調干涉儀，使玻璃棒的馬赫一陳德爾干涉條紋為零場；(2) 、接通電熱棒電源，設定加熱溫度為T。并設定溫度程序控制器3(TC/小時的 升溫速率，均勻加熱空心圓柱玻璃內表面，到設定溫度T,后保溫一段時間使空心圓柱 玻璃達到熱平衡；(3) 、測量徑向、切向干涉條紋數目m" me，精確到0.5條紋；(4) 、將測量得到的干涉條紋數mr/me、樣品長度L、楊氏模量E、泊松比p、熱膨脹系數a、溫差T,一T2和探測光波長^0.6328pm代入公式q 2 A]和公式C2 = — r,，t、義〗得到待測玻璃的應力光學系數G和C2。2<x￡ - r2)上述的測量方法中，具體的步驟如下(1) 、開啟水冷腔的閥門，注入冷卻水，水溫為T2，穩(wěn)定15分鐘后，微調干涉儀， 使玻璃棒的馬赫一陳德爾干涉條紋為零場；(2) 、接通電熱棒電源，設定加熱溫度為T,-T2+5(TC，并設定溫度程序控制器30 'C/小時的升溫速率，均勻加熱空心圓柱玻璃內表面，到設定溫度T^后保溫20分鐘使空 心圓柱玻璃達到熱平衡；G)、測量徑向、切向干涉條紋數目nv me，精確到0.5條紋；(4)、將測量得到的干涉條紋數nVme、樣品長度L、楊氏模量E、泊松比p、熱膨脹系數a、溫差Ti一T2和探測光波長^0.6328^m代入公式C, =!^ [- — ^^2〗2a￡ L(K-r2)和公式c2 = ^ [" - r ,/^ t 、 ;i]得到待測玻璃的應力光學系數c！和c2。 2a五 L(r) 一 r2)與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是采用空心圓柱玻璃，圓柱玻璃內表面通過電熱棒 均勻加熱到一定溫度，在圓柱玻璃外表面用流水冷卻，達到熱平衡時在玻璃樣品形成穩(wěn) 態(tài)軸對稱溫度場，產生穩(wěn)定的軸對稱熱應力，使各向同性玻璃樣品具有單軸晶體的光學效應；當自然光通過時，徑向和切向偏振光產生不同的干涉條紋，測量干涉條紋變化數，即獲得玻璃樣品的應力光學系數；此外，采用紫銅管做金屬導熱管，導熱速度快，整個 測量儀結構簡單，而且實現了玻璃應力光學系數的穩(wěn)態(tài)測量。


圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的局部結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖所示， 一種光學玻璃應力光學系數測量儀，包括作為探測光源的He^"Ne激光 8和由四個反射鏡Mh M2、 M3、 M4組成的馬赫一陳德爾干涉儀，干涉儀中設置有空心 圓柱玻璃3，空心圓柱玻璃3的兩端面為光學平面且兩端面的平行度小于10秒，空心圓 柱玻璃3的光軸與干涉儀的光軸重合，空心圓柱玻璃3的內表面貼設有紫銅管2，紫銅 管2內設置有電熱棒1，空心圓柱玻璃3外同軸套設有灌注冷卻水4的水冷腔5，水冷 腔5上一體設置有進水嘴6，空心圓柱玻璃3的兩端與水冷腔5和紫銅管2之間分別設 置有密封圈7。一種使用上述測量儀的測量方法，它包括以下步驟(1) 、開啟水冷腔的閥門，注入冷卻水，水溫為丁2，穩(wěn)定15分鐘后，微調干涉儀， 使玻璃棒的馬赫一陳德爾干涉條紋為零場；(2) 、接通電熱棒電源，設定加熱溫度為T產T2+50。C，并設定溫度程序控制器30 'C/小時的升溫速率，均勻加熱空心圓柱玻璃內表面，到設定溫度T！后保溫20分鐘使空 心圓柱玻璃達到熱平衡；(3) 、測量徑向、切向干涉條紋數目m。 me,精確到0.5條紋；(4) 、將測量得到的干涉條紋數nv/me、樣品長度L、楊氏模量E、泊松比p、熱膨 脹系數a 、溫差T！ 一 T2=50 °C和探測光波長X=0.6328^n代入公式<formula>formula see original document page 6</formula>和公式<formula>formula see original document page 6</formula>得到待測玻璃的應力光學系數Q和C2。
權利要求
1、一種光學玻璃應力光學系數測量儀，包括探測光源和由四個反射鏡組成的馬赫—陳德爾干涉儀，所述的干涉儀中設置有空心圓柱玻璃，所述的空心圓柱玻璃的光軸與所述的干涉儀的光軸重合，其特征在于所述的空心圓柱玻璃的內表面貼設有金屬導熱管，所述的金屬導熱管內設置有電熱棒，所述的空心圓柱玻璃外同軸套設有灌注冷卻水的水冷腔，所述的水冷腔上設置有進水嘴，所述的空心圓柱玻璃的兩端與所述的水冷腔和所述的金屬導熱管之間分別設置有密封圈。
2、 如權利要求1所述的一種光學玻璃應力光學系數測量儀，其特征在于所述的空 心圓柱玻璃的兩端面為光學平面，所述的兩端面的平行度小于10秒。
3、 如權利要求1所述的一種光學玻璃應力光學系數測量儀，其特征在于所述的探 測光源為He—Ne激光。
4、 如權利要求1所述的一種光學玻璃應力光學系數測量儀，其特征在于所述的金 屬導熱管為紫銅管。
5、 一種使用權利要求1所述的光學玻璃應力光學系數測量儀的測量方法，其特征 在于它包括以下(1) 、開啟水冷腔的閥門，注入冷卻水，水溫為T2，穩(wěn)定一段時間后，微調干涉儀， 使玻璃棒的馬赫一陳德爾干涉條紋為零場；(2) 、接通電熱棒電源，設定加熱溫度為L，并設定溫度程序控制器3(TC/小時的 升溫速率，均勻加熱空心圓柱玻璃內表面，到設定溫度L后保溫一段時間使空心圓柱 玻璃達到熱平衡；(3) 、測量徑向、切向干涉條紋數目nv、 me，精確到0.5條紋；(4) 、將測量得到的干涉條紋數nVme、樣品長度L、楊氏模量E、泊松比p、熱膨脹系數ot、溫差T,一T2和探測光波長^0.6328,代入公式C, =^*["-，一，、;1]和公式c2 =tii*[A——^~~;i]得到待測玻璃的應力光學系數c和C2。
6、 如權利要求5所述的一種測量方法，其特征在于它包括以下步驟(1)、開啟水冷腔的閥門，注入冷卻水，水溫為丁2，穩(wěn)定15分鐘后，微調干涉儀，使玻璃棒的馬赫一陳德爾干涉條紋為零場；(2) 、接通電熱棒電源，設定加熱溫度為T,:T2+5(TC，并設定溫度程序控制器30 。C/小時的升溫速率，均勻加熱空心圓柱玻璃內表面，到設定溫度T,后保溫20分鐘使空 心圓柱玻璃達到熱平衡；(3) 、測量徑向、切向干涉條紋數目mr、 me，精確到0.5條紋；(4) 、將測量得到的干涉條紋數nVme、樣品長度L、楊氏模量E、泊松比p、熱膨脹系數cu溫差T,一T2和探測光波長X).6328^im代入公式<formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 3</formula>得到待測玻璃的應力光學系數Q和C2。<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學玻璃應力光學系數測量儀，包括探測光源和由四個反射鏡組成的馬赫一陳德爾干涉儀，干涉儀中設置有空心圓柱玻璃，空心圓柱玻璃的光軸與干涉儀的光軸重合，特點是空心圓柱玻璃的內表面貼設有金屬導熱管，金屬導熱管內設置有電熱棒，空心圓柱玻璃外同軸套設有灌注冷卻水的水冷腔，水冷腔上設置有進水嘴，空心圓柱玻璃的兩端與水冷腔和金屬導熱管之間分別設置有密封圈；優(yōu)點是可在玻璃樣品形成穩(wěn)態(tài)軸對稱溫度場，產生穩(wěn)定的軸對稱熱應力，使各向同性玻璃樣品具有單軸晶體的光學效應；當自然光通過時，徑向和切向偏振光產生不同的干涉條紋，測量干涉條紋變化數，即獲得玻璃樣品的應力光學系數。
文檔編號G01M11/02GK101226101SQ20081005950
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權日2008年1月25日
發(fā)明者徐鐵峰, 戴世勛, 燕 楊, 祥 沈, 王訓四, 聶秋華, 黃國松 申請人:寧波大學