[发明专利]一种折射率色散特性的检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种折射率色散特性的检测系统及其检测方法。

背景技术

色散特性是透明材料，例如玻璃，的一个重要指标，它与玻璃的成分及其制造有关。因此，对不同厂家、配方、原料和生产批次的玻璃，可以通过色散特性进行鉴别。另外，玻璃折射率的色散特性测量在工业材料检测、刑侦物证鉴定等领域有重要的应用价值。

玻璃折射率色散特性的传统测量方法，是在玻璃折射率测量方法的基础上，分别用不同波段单色光照明样品，得到不同波长下的折射率，然后得到玻璃样品的光谱特性。精密测量透明材料折射率的经典方法有阿贝法、V棱镜法、最小偏向角法和干涉法，市场能够提供基于这些方法的测量仪器。但这四种方法都要求把材料做成成型的样品，并且对相关的观测面有表面光滑的要求，而我们在现实生活中遇到的玻璃样品形状是任意的，加工成型和表面处理难度很大，所以这些方法不能用于此种情形。同时，由于这些光谱测量过程是在不同单色光照明时重复折射率测量过程，所以操作过程繁琐、时间上也不经济。

折射率匹配法是另外一种高精度测量玻璃折射率的方法。折射率匹配法是基于匹配液和玻璃的折射率均随温度线性变化，前者变化率远远大于后者；将玻璃样品浸泡在匹配液中，当匹配液与玻璃样品的折射率完全相同的时候，在光学视场上将看不到两者的边界；根据匹配液的折射率可以获得待测玻璃样品的折射率。虽然在有人讨论过玻璃折射率的色散特性，但只是把玻璃的色散效应当作是一种误差来源；当前的折射率匹配法只测量在特定波长下的玻璃折射率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供无需多次重复设置待测物体，更加简便易行的系统及方法，能够较为准确快速的测出待测物体的折射率色散特性参数。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种折射率色散特性的检测系统，包括：

透明载体，用于盛装待测物体和匹配液；

温度调节装置，用于改变并获取所述透明载体的温度；

宽带光源，用于发出射向所述透明载体的宽带光；

成像装置，用于利用所述宽带光形成关于所述透明载体的至少包含二维信息的波长匹配图像；

计算处理装置，用于将所述透明载体的至少包含二维信息的波长匹配图像转换为相应的电信号，并结合所述温度调节装置获取的温度，对该电信号进行分析处理，得到所述待测物体的折射率色散特性参数。

其中，所述匹配液只要满足：其折射率随温度变化特性已知、与待测物体的折射率随温度变化特性具有差异，且物理化学性质稳定即可，而不需要其在给定温度范围内折射率随温度变化特征为线性。待测物体可以为任意透明或者半透明的物体。

在上述技术方案中，将待测物体，例如玻璃，浸于在透明载体内的匹配液中，并以该混合体整体作为检测的对象。其中，匹配液和玻璃的折射率均随温度线性变化，而匹配液的折射率温度系数远远大于玻璃。而随着温度的改变，当匹配液与玻璃的折射率完全相同的时候，在光学视场上将看不到两者的边缘，这时可以由匹配液的折射率得到玻璃的折射率。而用宽带光源照明承载有待测物体和匹配液的透明载体，并让透过该透明载体的光经过成像装置形成至少包含二维信息的波长匹配图像，其中，在二维图像中，其中，一维是光波长，反映了所述宽带光所包含的波长；另一维是所述匹配液和待测物体相互之间的边界的位置。这样使得光谱信息与反应折射率匹配程度的图像同步被所述计算处理装置所记录。

随着温度的变化，所述计算处理装置记录下一系列“波长-匹配图像”，然后利用折射率匹配法得到不同波长下的所述待测物体折射率，也就是所述待测物体的折射率随波长变化的曲线，实现色散测量。进一步，作为一个简单的例子，所述待测物体的色散的柯西公式为：

n(λ)＝A+B/λ²+C/λ⁴；                (1)

在(1)式中，n是折射率，λ是波长，A、B和C是色散参数。可以用得到所述待测物体折射率随波长变化的曲线，拟合柯西公式，得到色散参数A、B和C；为简便计，以后相关的介绍以得到色散参数A、B和C为例。

与传统的光谱测量方法相比，不仅继承了折射率匹配法的样品用量少、对样品形状没有要求的优点，而且操作过程少，不会增加时间负担。