温度对钒酸棱镜透射比的影响

温度对钒酸棱镜透射比的影响

0钒酸光栅的研究冰洲石晶体偏光器是最广泛使用的偏光镜。因用于加工棱镜晶体材料的大尺寸单晶方解石很难通过人工合成获取,自然界就成了棱镜晶体原材料的唯一来源,由于长期的开发利用,价值较高的40mm×40mm以上的大块方解石已经很难获得。于是,性能优良的人工晶体矾酸钇得到了广泛的关注,并研制出矾酸钇棱镜。国内外文献显示,目前关于矾酸钇棱镜的研究和开发主要集中在设计和其性能测试两个方面,而温度对钒酸钇棱镜透射比影响的研究还未见报道。透射比是标志偏光棱镜性能的一个重要参数。温度变化,棱镜透射比技术指标将会发生漂移,研究温度变化对钒酸钇棱镜透射比的影响,首先从理论上分析透射比的温度效应,然后建立透射比温度特性测试系统,结果表明,钒酸钇棱镜透射比随温度变化很小,具有更好的温度稳定性。1不同温度点的嘴唇透射比理论值的合成透射的o光在钒酸钇棱镜的光路如图1,因为钒酸钇是正单轴晶体,o光经过1、2、3、4界面,前后两部分棱镜中晶体光轴方向是一致的,因此o光出射后相对入射光方向不变。光从界面1正入射到棱镜,由图中几何关系可得对于o光而言,考虑o光在界面1、2、3、4上的反射系数Ro1、Ro2、Ro3、Ro4,由于o光出射后相对入射光方向不变。所以,对于o光在各个介面上的反射系数的关系为Ro1=Ro4和Ro2=Ro3,根据菲涅耳公式得设入射的非偏振光强为I,o光的光强度透射比为温度在20~80℃范围内,将对应的折射率on数值,且n1=1,S=28.18°代入式(1)、(2)、(3),进行计算特定的温度点的棱镜透射比理论值,结果见表1。由表1可知,当温度由20℃升至80℃时,透射比理论值发生改变。由图中可得结论:棱镜的透射比与温度在数值上呈反向变化,但是对棱镜透射比的影响很小,式中,ΔT表示最低温度点和最高温度点的理论透射比差值,T20表示20℃时的透射比理论值。2温对不同透射比的影响建立温度对棱镜透射比影响的实验系统,测试光路如图2。为使激光通过,在温控系统中设置三个通光孔。待测棱镜后的输出光强经探测器测出。在实验测量过程中,为提高实验精度,避免空气形成的误差,分别测量在升温与降温过程中的最大透射比。实验结果显示,当温度在20~80℃之间升温和降温变化时,实验数值是不同的。将温度由20℃提高到80℃时实验所测得的透射比数值和理论上计算所得出的数值一起输入到origin7.5仿真软件中,绘制成图3曲线,▼代表实测值,▲代表理论值。由图3看出,随着温度的升高,两条曲线所描述的透射比都有所降低。因而,温度对棱镜透射比有一定影响,从所得的酸钇棱镜透射比数值上来看,格兰·付科型的温度稳定性较好,理论数值和实验数值的变化趋势基本上一致,而温度对它的影响不大。式中,ΔT’代表最低温度点和最高温度点的实验透射比的差值,T’20代表当温度为20℃时透射比的实验值。3温度对光栅透射比的影响格兰·汤姆逊型钒酸钇棱镜是胶合型的,使用的胶合剂是加拿大树胶,图4是o光通过钒酸钇棱镜的光路图。温度在20~80℃范围内,对应的折射率on数值,且1n=1.55,S=48.12°,计算特定温度点棱镜透射比的理论数值,所得数据见表3。从表3可以看出,当温度从20℃上升到80℃时,透射比的理论值发生了改变。由表3数据可以得出:温度越低,棱镜的透射比越高,但温度对棱镜透射比的影响很小。式中,ΔT代表最低温度点与最高温度点理论透射比的差值,T20代表当温度为20℃时的透射比的理论值。4实验结果的检验温控实验系统图2。为在实验测量中提高实验精度,避免空气造成的误差,分别测量在升、降温过程中的最大透射比,所得数据表明,温度由20℃升到80℃所得数值,与由80℃降到20℃时不同。将温度由20℃上升到80℃时实验测得的数据和理论上计算数值输入到origin7.5软件中,绘制的曲线见图5,“◆”表示实际测量的数值,“■”表示理论数值。从图5可知,温度升高,理论所得与实验所测棱镜透射比,都有所降低。在温度较低时,透射比高;温度较高时,透射比低。可以看出,温度对棱镜透射比有一定的影响,格兰·汤姆逊型钒酸钇棱镜的透射比的理论值数和实验数值随温度的变化趋势基本是一致的,温度的影响相对不大,具有相对较好的温度稳定性,ΔT’代表最低温度点和最高温度点的实验透射比的差值,T’20代表当温度为20℃时的透射比的实验数值。5温度对钒酸汤姆逊型钒酸瞳的透射比的影响对比两种棱镜的实验数值,温度对格兰·付科型钒酸钇棱镜的透射比的影响比格兰·汤姆逊型钒酸钇棱镜透射比更小,基本与理论值相符合。通过研究两种棱镜的透射比,得如下结论:(1)钒酸钇晶棱镜温度稳定性好。(2)同波长同温度条件下,格兰·汤姆逊型钒酸钇棱镜的透射比接近90%,高于格兰·付科型钒酸钇棱镜。(3)与格兰·付科型钒酸钇棱镜相比,温度对格兰·汤姆逊型钒酸钇棱镜的透射比影响更小一些。理论分析及实验测试说明利用钒酸钇晶体制成的器件具有温度稳定性好的优点。以上数据可为工程实验中选择匹配棱镜提供参数依据,当需要在高温情况下使用偏光棱镜时,可以选择钒酸钇棱镜(在折射率的温度稳定性上,钒酸钇晶体好于冰洲石晶体)。光