一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法

摘要

本发明提供一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法，包括以下步骤：在晶体材料完成初步处理后，将晶体置于一个稳定的电场V1中，通过V1给样品晶体施加电压场场强E0；通过光折变率测定仪器检测晶体的光折射率n，光折变率测定仪器将光折射率n反馈给接收处理器R；接收处理器R将折射率n及原材料晶体折射率的理论值n0代入公式，求出Esc的值；再由公式得出补偿电压的值；d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强度。本发明利用补偿电压消除电场条件下温度对光折射率的影响，得到更理想的样品晶体的光折射率与电压之间的关系曲线，即更理想的光折射率。

说明书

技术领域

本发明涉及晶体光折变，尤其涉及电压补偿调整温度对晶体光折射率 影响的方法。

背景技术

随着光学事业的蓬勃发展，特别是近年来空间光学的进展，使得折射 率随温度变化已成为光学测试中亟待解决的问题。

这一问题早就引起许多人的重视，并早在19世纪末就开始了研究折 射率随温度而变化的性质。到目前为止，国内外已有大量文献介绍了理论 研究以及实验测定的工作，并有成型仪器进行常规测量，更进一步把这一 性质列入了光学折射率目录中，作为标准参考。Puefvish等人提出折射率 和温度系数之间由两个相反的因素作用的结果：1.光学材料的体积随温度 变化而变化的作用——密度变化。2.材料的极化性能和电子迁移率随温度 变化而变化的作用。而且该材料的折射率温度系数是这两个因素的差值关 联，如果该样品的分子极化性温度系数大于样品材料的体积温度系数，则 样品材料的折射率温度系数为正，而且随温度下降，样品材料折射率会下 降；如果样品材料的分子极化温度系数小于样品的体积温度系数，则其系 数为负，随温度下降，样品材料的折射率会增加；如若材料的分子极化温 度系数与其体积温度系数相当，则该材料折射温度系数约为0，则样品材 料的折射率会随温度下降或者上升，其折射率不会有太明显变化。

在晶体方面，国内有人研究了晶体LiNbO3温度系数。该作者通过理 论推导计算，得到光折变晶体的折射率指数：

Δn＝0.5n³₀r_eff>

式中n⁰为晶体折射率，r_eff为有效光电系数，由于Δn和E紧密相关， 当温度对空间电场产生影响，也会引起晶体折射率系数发生变化。如图1 给出铌酸钾晶体(LiNbO3)的Δn-T曲线。

不管是对于晶体材料还是玻璃材料等一系列的研究，都止步于研究清 楚光折变率与温度之间的关系，几乎没有关于如何在电场中应用光折变率 这材料性能时如何规避温度的影响，对于相应实验所测定的数据一定有欠 缺，严重时甚至导致实验失败

发明内容

本发明公开了一种保障晶体光折射率不受影响的新方法。在电场条件 下，应用材料光折射率的过程中，由于在各种温度下，晶体光折射率都会 发生变化，因此通过在材料上施加电压，来抵消掉温度造成的光折射率偏 差，维持原材料的光折射率线性关系不变，主要应用于晶体材料。

一种电压补偿温度对晶体光折射率影响的方法，包括以下步骤：

在晶体材料完成初步处理后，将晶体置于一个稳定的电场V1中，通过 V1给样品晶体施加电压场场强E0；

通过光折变率测定仪器检测晶体的光折射率n，光折变率测定仪器将光 折射率n反馈给接收处理器R；

接收处理器R将折射率n及原材料晶体折射率的理论值n0代入公式

$\mathrm{Esc}={\left(\frac{n0}{n}\right)}^{3}E0,$

求出Esc的值；

再由公式V2＝d*Esc-V1得出补偿电压的值；

d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强 度。

作为本发明的进一步改进，补偿电压V2是在电场负极施加的。

作为本发明的进一步改进，接收处理器R控制V2的大小和方向。

本发明的有益效果是：

1、本发明在电场中测定光折射率的过程中引入了补偿电压，主动利用 补偿电压消除电场条件下温度对光折射率的影响，从而得到更理想的样品 晶体的光折射率与电压之间的关系曲线，即更理想的光折射率；

2、本方法相对简单、有效，不需要太多理论以及仪器设备；

3、本发明实用性强，适用性广，因为任何实验过程中都会存在温度问 题，所以在所有测定晶体光折射率的实验中都可使用。

附图说明

图1是现有技术折射率系数与温度的关系；

图2是本发明电压补偿结构示意图；

图3是本发明折射率与温度的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种有效可行的调整温度对光折射率的影响的方法，即在 晶体材料完成初步处理后，将晶体置于一个稳定的电场中，由于在不同温 度下，温度会导致光折射率与电压大小的线性关系，因此在电场负极施压 一个相对应的补偿电压(如图2)，来抵消掉温度造成的光折射率偏差，维 持原材料的光折射率线性关系。

图2中，V1是给晶体施加的主电压，V2是补偿电压，其中V2电压 施加方向根据实际情况定，R是光折变率测定仪器的反馈接收处理器，并 控制V2的大小和方向。

工作原理：

在给定温度的条件下，通过V1给样品晶体施加电压场场强E0进行测 试，光折变率测定仪器检测到样品晶体的光折射率n，将该数据反馈给R， R通过将该折射率与原材料晶体折射率的理论值n0代入公式

$\mathrm{Esc}={\left(\frac{n0}{n}\right)}^{3}E0$

(该公式可由公式1推导)后，R调节V2电压补偿V1，其中 V2＝d*Esc-V1，重复循环这个过程，从而达到调整折射率偏差的目的。

d是测量晶体电场两极之间的距离，Esc是理论计算出来的所加电场强 度。

光折射率反馈接收处理器R，工作原理示意图如图3所示。图3中， 虚线代表实际检测到的折射率；实线代表调整后得到的准确折射率。

采用上述一套仪器设备，将两块10mm×10mm×5mm的铌酸锂晶 (LiNbO3)体片，在一个反馈仪器和另一个没有反馈器的系统中分别进行 测试其20℃、80℃、120℃、150℃温度下的采用波长0.5397um、0.6328um、 1.0795um、1.3414um测得主光折射率n0；采用同样的方法，测得两10mm ×10mm×5mm的钨酸镉(CdWO4)晶体片，在20℃、80℃、120℃、150℃ 下，采用0.5397um、1.0795um波长照射测试。得到如下数据：

铌酸锂(LiNbO3)晶体：

钨酸镉(CdWO4)晶体

然后通过对比查表所得的铌酸锂的理论光折射率值(0.5397um： 2.3118；0.6328um:2.2785；1.0795um:2.2245；1.3414um：2.2100)，钨酸镉 晶体的理论光折射率值(0.5397um：1.8717；1.0795um:1.7210)。最后对 比总结该测试方式的优劣。

现对比已经过本方法测定的LiNbO3和CdWO4晶片的光折射率数据 和真实数据，通过对比发现，在没有反馈器条件下(即普通方法测定)， LiNbO3和CdWO4晶片的光折射率曲线比真实曲线偏高，说明普通方法测 试的结果还是有缺陷的。而加有电压反馈调节器的一组LiNbO3和CdWO4 晶片的光折射率与真实值比较吻合，而且测定数据相对稳定。

故从实验结果分析说明本方法十分适用于晶体的光折射率测定，而且 数据真实性高。

1、本方法相对简单、有效，不需要太多理论以及仪器设备，只有折射 率反馈处理仪器相对复杂；

2、本发明在电场中测定光折射率的过程中引入了补偿电压，主动利用 补偿电压消除电场条件下温度对光折射率的影响，从而得到更理想的样品 晶体的光折射率与电压之间的关系曲线，即更理想的光折射率；

3、本发明实用性强，适用性广，因为任何实验过程中都会存在温度问 题，所以在所有测定晶体光折射率的实验中都可使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。