溫度對釩酸棱鏡透射比的影響

溫度對釩酸棱鏡透射比的影響

0釩酸光柵的研究冰洲石晶體偏光器是最廣泛使用的偏光鏡。因用于加工棱鏡晶體材料的大尺寸單晶方解石很難通過人工合成獲取,自然界就成了棱鏡晶體原材料的唯一來源,由于長期的開發(fā)利用,價值較高的40mm×40mm以上的大塊方解石已經很難獲得。于是,性能優(yōu)良的人工晶體礬酸釔得到了廣泛的關注,并研制出礬酸釔棱鏡。國內外文獻顯示,目前關于礬酸釔棱鏡的研究和開發(fā)主要集中在設計和其性能測試兩個方面,而溫度對釩酸釔棱鏡透射比影響的研究還未見報道。透射比是標志偏光棱鏡性能的一個重要參數(shù)。溫度變化,棱鏡透射比技術指標將會發(fā)生漂移,研究溫度變化對釩酸釔棱鏡透射比的影響,首先從理論上分析透射比的溫度效應,然后建立透射比溫度特性測試系統(tǒng),結果表明,釩酸釔棱鏡透射比隨溫度變化很小,具有更好的溫度穩(wěn)定性。1不同溫度點的嘴唇透射比理論值的合成透射的o光在釩酸釔棱鏡的光路如圖1,因為釩酸釔是正單軸晶體,o光經過1、2、3、4界面,前后兩部分棱鏡中晶體光軸方向是一致的,因此o光出射后相對入射光方向不變。光從界面1正入射到棱鏡,由圖中幾何關系可得對于o光而言,考慮o光在界面1、2、3、4上的反射系數(shù)Ro1、Ro2、Ro3、Ro4,由于o光出射后相對入射光方向不變。所以,對于o光在各個介面上的反射系數(shù)的關系為Ro1=Ro4和Ro2=Ro3,根據(jù)菲涅耳公式得設入射的非偏振光強為I,o光的光強度透射比為溫度在20~80℃范圍內,將對應的折射率on數(shù)值,且n1=1,S=28.18°代入式(1)、(2)、(3),進行計算特定的溫度點的棱鏡透射比理論值,結果見表1。由表1可知,當溫度由20℃升至80℃時,透射比理論值發(fā)生改變。由圖中可得結論:棱鏡的透射比與溫度在數(shù)值上呈反向變化,但是對棱鏡透射比的影響很小,式中,ΔT表示最低溫度點和最高溫度點的理論透射比差值,T20表示20℃時的透射比理論值。2溫對不同透射比的影響建立溫度對棱鏡透射比影響的實驗系統(tǒng),測試光路如圖2。為使激光通過,在溫控系統(tǒng)中設置三個通光孔。待測棱鏡后的輸出光強經探測器測出。在實驗測量過程中,為提高實驗精度,避免空氣形成的誤差,分別測量在升溫與降溫過程中的最大透射比。實驗結果顯示,當溫度在20~80℃之間升溫和降溫變化時,實驗數(shù)值是不同的。將溫度由20℃提高到80℃時實驗所測得的透射比數(shù)值和理論上計算所得出的數(shù)值一起輸入到origin7.5仿真軟件中,繪制成圖3曲線,▼代表實測值,▲代表理論值。由圖3看出,隨著溫度的升高,兩條曲線所描述的透射比都有所降低。因而,溫度對棱鏡透射比有一定影響,從所得的酸釔棱鏡透射比數(shù)值上來看,格蘭·付科型的溫度穩(wěn)定性較好,理論數(shù)值和實驗數(shù)值的變化趨勢基本上一致,而溫度對它的影響不大。式中,ΔT’代表最低溫度點和最高溫度點的實驗透射比的差值,T’20代表當溫度為20℃時透射比的實驗值。3溫度對光柵透射比的影響格蘭·湯姆遜型釩酸釔棱鏡是膠合型的,使用的膠合劑是加拿大樹膠,圖4是o光通過釩酸釔棱鏡的光路圖。溫度在20~80℃范圍內,對應的折射率on數(shù)值,且1n=1.55,S=48.12°,計算特定溫度點棱鏡透射比的理論數(shù)值,所得數(shù)據(jù)見表3。從表3可以看出,當溫度從20℃上升到80℃時,透射比的理論值發(fā)生了改變。由表3數(shù)據(jù)可以得出:溫度越低,棱鏡的透射比越高,但溫度對棱鏡透射比的影響很小。式中,ΔT代表最低溫度點與最高溫度點理論透射比的差值,T20代表當溫度為20℃時的透射比的理論值。4實驗結果的檢驗溫控實驗系統(tǒng)圖2。為在實驗測量中提高實驗精度,避免空氣造成的誤差,分別測量在升、降溫過程中的最大透射比,所得數(shù)據(jù)表明,溫度由20℃升到80℃所得數(shù)值,與由80℃降到20℃時不同。將溫度由20℃上升到80℃時實驗測得的數(shù)據(jù)和理論上計算數(shù)值輸入到origin7.5軟件中,繪制的曲線見圖5,“◆”表示實際測量的數(shù)值,“■”表示理論數(shù)值。從圖5可知,溫度升高,理論所得與實驗所測棱鏡透射比,都有所降低。在溫度較低時,透射比高;溫度較高時,透射比低?？梢钥闯?溫度對棱鏡透射比有一定的影響,格蘭·湯姆遜型釩酸釔棱鏡的透射比的理論值數(shù)和實驗數(shù)值隨溫度的變化趨勢基本是一致的,溫度的影響相對不大,具有相對較好的溫度穩(wěn)定性,ΔT’代表最低溫度點和最高溫度點的實驗透射比的差值,T’20代表當溫度為20℃時的透射比的實驗數(shù)值。5溫度對釩酸湯姆遜型釩酸瞳的透射比的影響對比兩種棱鏡的實驗數(shù)值,溫度對格蘭·付科型釩酸釔棱鏡的透射比的影響比格蘭·湯姆遜型釩酸釔棱鏡透射比更小,基本與理論值相符合。通過研究兩種棱鏡的透射比,得如下結論:(1)釩酸釔晶棱鏡溫度穩(wěn)定性好。(2)同波長同溫度條件下,格蘭·湯姆遜型釩酸釔棱鏡的透射比接近90%,高于格蘭·付科型釩酸釔棱鏡。(3)與格蘭·付科型釩酸釔棱鏡相比,溫度對格蘭·湯姆遜型釩酸釔棱鏡的透射比影響更小一些。理論分析及實驗測試說明利用釩酸釔晶體制成的器件具有溫度穩(wěn)定性好的優(yōu)點。以上數(shù)據(jù)可為工程實驗中選擇匹配棱鏡提供參數(shù)依據(jù),當需要在高溫情況下使用偏光棱鏡時,可以選擇釩酸釔棱鏡(在折射率的溫度穩(wěn)定性上,釩酸釔晶體好于冰洲石晶體)。光