【摘 要】
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如何准确地测量玻璃材料的折射率一直是光学材料领域的重要问题,玻璃材料的折射率数值对该材料所应用的系统起到至关重要的作用。以往的一些折射率测量方法不仅步骤繁琐,而且对材料的形状和尺寸有着特殊的要求,种种这些限制会导致测量误差和材料的浪费。本文在线性调频连续波(FMCW)激光测量技术的基础上测量激光在玻璃材料中传播的距离并由此计算出材料的折射率值,但是由于FMCW技术的测量在理论上需要使用一个调制频率
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如何准确地测量玻璃材料的折射率一直是光学材料领域的重要问题,玻璃材料的折射率数值对该材料所应用的系统起到至关重要的作用。以往的一些折射率测量方法不仅步骤繁琐,而且对材料的形状和尺寸有着特殊的要求,种种这些限制会导致测量误差和材料的浪费。本文在线性调频连续波(FMCW)激光测量技术的基础上测量激光在玻璃材料中传播的距离并由此计算出材料的折射率值,但是由于FMCW技术的测量在理论上需要使用一个调制频率高度线性的可调谐激光器,而实际上可调谐激光器一定会存在固有的调频非线性,导致测量结果产生较大的误差。因此为了提高测量精度,本文在现场可编程门阵列(FPGA)的基础上,运用锁相环技术设计了一种数字锁相环用于解决可调谐激光器调频非线性度的问题。本课题围绕测量玻璃折射率的方法和提高玻璃折射率测量装置的精度两个方面进行研究,目标是设计一套能够自动测量玻璃折射率的装置,并且通过实验测试该装置的测量精度。本文设计基于FPGA的玻璃折射率测量装置由两个部分构成,分别是应用FMCW技术的折射率测量系统,和应用锁相环技术的激光器调频非线性校正系统。本文首先介绍了FMCW技术的相关原理,对分布式反馈(DFB)激光器调频非线性的校正方法进行说明,然后设计了基于数字锁相环的激光器调频非线性校正系统,完成了FPGA电路设计与数字锁相环的功能仿真,搭建了整个基于FPGA的玻璃折射率测量装置,最后对玻璃折射率测量装置测量多组玻璃样品的效果和影响装置精度的因素进行了实验研究。测试结果表明:所设计的激光器非线性校正系统工作稳定,能够完成DFB激光器输出非线性的校正工作,激光器输出非线性由未校正时上扫频的5.46%和下扫频的2.32%经校正后变为上扫频0.0066%和下扫频0.0102%;装置测量BK7玻璃的相对不确定度为0.0028,SK2玻璃的相对不确定度为0.0023,PMMA玻璃的相对不确定度为0.0017。
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