[发明专利]一种原子气室表面应力测试装置及测试方法

说明书

本发明属于气室表面应力测试技术领域，具体公开了一种原子气室表面应力测试装置及测试方法。装置包括激光准直器、起偏器、原子气室、1/4波片、检偏器和CCD及镜头，还包括固定安装座、光学调整架和四个支杆。方法中首先将光源通过激光准直器、起偏器后形成两束线偏振光，再使两束光线产生π/2相位差，记录检偏器零位，利用CCD记录一张带有灰度值的气室应力分布图片，得到气室每一位置的灰度值与检偏器旋转角度的对应关系，拟合出每一位置气室灰度值最小的点所对应检偏器角度，最终得到气室应力值分布。消除了直接测量带来的而精度误差，精度提高。设计的原子气室表面应力测试装置采用笼式结构，方便光路对轴，且结构简单紧凑，稳定可靠。

技术领域

本发明属于气室表面应力测试技术领域，具体涉及一种气室表面应力精确测量装置及方法。

背景技术

由于气室玻璃生产工艺的特殊性，制作完成后玻璃表面不可避免的会存在应力，一般可分为热应力、结构应力和机械应力三种。热应力是由于温度差产生相互作用力，该应力主要受温度差的影响，可通过退火和减小温度差消除热应力；结构应力是由于气室固有结构造成的相互作用力，该应力由材料本身决定；机械应力是玻璃受到外力作用时内部的相互作用力，外力撤去后，该应力随之消失。

原子气室为微小型核磁共振陀螺系统关键器部件之一，激光通过气室时，发生双折射效应，导致激光在气室玻璃材质传播中偏振态被破坏，降低了激光对原子自旋的操控精度，已经成为制约微小型核磁共振陀螺精度提高的技术瓶颈之一，所以对气室表面应力精确测量从而改进原子气室制作工艺就显得十分必要。

目前光学玻璃的双折射测量方法现今主要有四种：干涉色法即简式偏光仪法、四分之一波片法即读数偏光仪法、半影检偏器法、补偿式玻璃应力测试法。干涉色法结构简单，只能定量评价；半影检偏器法结构复杂，对偏振器件要求较高，四分之一波片法受限于人眼对光亮度的灵敏度较低，对微小型原子气室应力测试精度较低。

基于此本发明提出了基于琼斯矩阵、图像数据处理以及结构紧凑易于安装的笼式气室表面应力测试装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种原子气室表面应力测试装置及测试方法，能够精确的提供核磁共振陀螺原子气室表面应力测试数据。

本发明的技术方案如下：

一种原子气室表面应力测试装置，它包括激光准直器、起偏器、原子气室、1/4波片、检偏器和CCD及镜头，还包括固定安装座、光学调整架和四个支杆，所述的激光准直器、起偏器、原子气室、1/4波片、检偏器和CCD及镜头从上到下安装沿共同的光轴安装在所述的支杆上，所述的四个支杆固定于上述六个光学器件的四周外侧，通过固定安装座和光学调整架安装。

在上述的原子气室表面应力测试装置中，所述的检偏器与起偏器光轴成90度角。

在上述的原子气室表面应力测试装置中，所述的1/4波片的琼斯矩阵为

其中，α为1/4波片的快轴与起偏器光轴x轴的夹角。

在上述的原子气室表面应力测试装置中，所述的原子气室的琼斯矩阵可以表示为