CN110779690A

CN110779690A - 双棱镜折射率的测量方法

Info

Publication number: CN110779690A
Application number: CN201911058820.5A
Authority: CN
Inventors: 胡再国; 李娟�; 雍志华
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-11-01
Also published as: CN110779690B

Abstract

双棱镜折射率的测量方法涉及折射率的测量。激光器、双棱镜和光屏通过支架固定在光具座的导轨上，激光器的出射面平行于光屏，在激光器和光屏之间插入双棱镜，双棱镜的棱朝向激光器，双棱镜的底面朝向光屏，旋转双棱镜的支撑轴和对双棱镜进行俯仰调节使双棱镜的两个反射光点对称分布在激光器的出射孔的两侧；测量激光孔两侧的两个反射光斑内侧之间的距离Hs，测量双棱镜到激光器出射面之间的距离Ds；测量光屏两个光斑外侧之间的距离Hc；测量光屏到双棱镜之间的距离Dc；则双棱镜的折射率n=2*（Hc/Dc）/(Hs/Ds)+1。测量方法简单易懂；计算方法简单；测量成本低廉。

Description

双棱镜折射率的测量方法

技术领域

本发明涉及物理参数的测量，特别是折射率的测量。

背景技术

透明材质都有折射率。双棱镜一般由有机玻璃或者玻璃制成，一般双棱镜折射率测量方法为采用分光计进行测量，分光计的调节比较繁琐。

发明内容

本发明提出另外一种双棱镜折射率的测量方法。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：双棱镜折射率的测量方法，激光器、双棱镜和光屏通过支架固定在光具座的导轨上（光具座的导轨是常用的装备），其特征是：激光器的出射面平行于光屏（调节方法1：先让激光器的光线照射到光屏的中心，光屏的中心位于光屏支架的支撑轴的中心轴线上，然后固定激光器；再在光具座上移动光屏的支架靠近激光器，由于光屏和激光器都位于各自的支架上方，光屏和激光器表面无法相互靠近，在光屏和激光器出射面之间插入一个长方体，长方体的一侧贴合激光器的出射面，长方体的另一侧贴合光屏，然后固定光屏的支撑轴，在将光屏移到光具座的一端，即在光具座上，激光器位于一端，光屏位于另一端；调节方法2：或者光屏的中心有一条竖线，竖线平行于光屏支架的中心轴线，调节激光器使激光照射到光屏中心的竖线，光屏的表面夹持一块长方体的反射镜，调节反射镜使激光反射到激光器的出射孔，这是一种常见的调节技术：即同轴等高调节；调节方法3：由于本发明的双棱镜的顶角比较小，所以只需要光屏大致垂直于光具座的轴线即可，激光照射到光屏的中心，光屏的中心大致与激光器的出射孔等高即可）；然后在激光器和光屏之间插入双棱镜，双棱镜的棱朝向激光器，双棱镜的底面朝向光屏，旋转双棱镜的支撑轴和对双棱镜进行俯仰调节使双棱镜的两个反射光点对称分布在激光器的出射孔的两侧；测量激光孔两侧的两个反射光斑内侧之间的距离Hs，测量双棱镜到激光器出射面之间的距离Ds；测量光屏两个光斑外侧之间的距离Hc；测量光屏到双棱镜之间的距离Dc；则双棱镜的折射率n=2*（Hc/Dc）/(Hs/Ds)+1。

激光器的出射孔表面的水平方向和竖直方向都有毫米刻度尺刻度线，竖直方向和水平方向的毫米刻度尺刻度线的交点为激光出射孔的中心。该刻度线用于测量反射光斑内侧之间的距离。此处的毫米刻度尺是指激光器的出射表面有刻度线，刻度线之间的间隔为1mm。

光屏水平方向和竖直方向都有毫米刻度尺刻度线，竖直方向和水平方向的毫米刻度尺的交点为光屏的中心。该刻度尺用于测量出射光斑外侧之间的距离。

双棱镜位于光屏和激光器的中心，即Dc=Ds，则双棱镜的折射率简化为n=2*Hc/Hs+1。

本发明的有益效果是：测量方法简单易懂；由于双棱镜的顶角的角度比较小，一般在1度以内，能够将三角函数近似为角度（弧度）进行计算，使计算方法简单；采用常用的光具座和普通的激光器，测量成本低廉；能够通过延长光具座的长度来展开两个反射光点和两个出射光点之间的距离，从而提高测量精度。

附图说明

图1是光路图和光斑形成原理；图2是其中一根光线的传播示意图；

备注：其中最主要关注点在于，(1)图1中棱处于水平，照射到棱上部的光线反射光位于水平线的上端，照射到棱下部的光线反射光位于水平线的下端，因此照射到棱的光线为两个反射光斑的最近端，其距离为Hs；（2）照射到棱上部的光线出射光位于水平线的下端，照射到棱下部的光线出射光位于水平线的上端（为了图面简洁，图1画出，图2没有画出），因此照射到棱的光线为两个出射光斑的最远端，其距离为Hc；（3）为区分照射到棱上的光线和其他位置的光线，照射到棱上的光线为粗线、其他位置的光线为细线（细线的宽度为粗线一半的宽度）。

具体实施方式

双棱镜折射率的测量方法，双棱镜的纵剖面形成的等腰三角形的两个底角都为i，i的角度为0.5^o-1^o，即1.57/180-3.14/180弧度，双棱镜的宽度为40-60mm（图1左侧面竖直方向的长度，图1双棱镜的底面竖直），双棱镜的厚度为等腰三角形地面的高，双棱镜的厚度为0.17-0.50mm（40mm的一半为20mm，20mm*i=20mm*1.57/180=0.17mm;60mm的一半为30mm,30mm*i=30*3.14/180=0.50mm），因此双棱镜的厚度能够忽略，即其特征是：sin(i)/sin(iz)=n；sin(z)/(sin(i-iz))=n;由于双棱镜的锲角i很小，所以sin(i)=i，因此i/iz=n，z/(i-iz)=n，z/(i-i/n)=n，即z/i=n-1；角度2z的弧度近似为Hc/Dc，角度2i的弧度近似为0.5*Hs/Ds（因为入射角等于反射角，反射光的两个光斑相对于双棱镜的棱的张角为4倍顶角i；同理，出射光的两个光斑的夹角为z的2倍），其中Hs为激光光斑照射到双棱镜的棱上，激光与双棱镜两侧的入射角相等，都为i（即激光水平照射到双棱镜的棱上），反射光照射到激光出射口所在的平面形成两个光斑，两个光斑最近端之间的距离为Hs，双棱镜的棱到激光孔（表面）的距离为Ds，同时出射光与出射面的夹角为z，出射光照射到光屏在的平面形成两个光斑，两个光斑最远端之间的距离为Hc，双棱镜的棱到光屏的距离为Dc，其中双棱镜的出射面（出射面指双棱镜的底面，双棱镜的底面是指双棱镜的棱不在的表面、双棱镜的底面平行于双棱镜的棱，即双棱镜的底面是指平行于双棱镜的棱所在的平面）平行于光屏。

双棱镜的入射面为棱所在的两侧的侧面，双棱镜的棱平行于出射面，入射光垂直于双棱镜的棱并与两侧入射面的入射角都相等，即入射角为双棱镜形成的等腰三角形的底角，即激光垂直于出射面（双棱镜的底面）的方向照射到双棱镜的棱上。

备注：双棱镜的前表面和后表面都有反射光，因此理论上存在四个反射光点分布在激光器出射孔的两侧（激光器出射孔每侧两个光点），由于后表面的反射光属于前表面的折射光的再次反射、同时在前表面的后侧也要再次反射和折射，所以从后表面反射回来的光线的光强要弱一些；可以使用遮挡板平行于棱的方向缓慢向棱靠近（图1从上端向下端靠近），会发现其中的两个光点逐渐消失，上侧的光点为前表面的反射光、下侧的光点为后表面的反射光；同理，也可以使用遮挡板平行于棱的方向缓慢向棱靠近（图1从下端向上端靠近），会发现其中的两个光点逐渐消失，下侧的光点为前表面的反射光、上侧的光点为后表面的反射光。

Claims

1.双棱镜折射率的测量方法，激光器、双棱镜和光屏通过支架固定在光具座的导轨上，其特征是：激光器的出射面平行于光屏，光屏垂直于光具座的长度方向，激光器的出射孔与光屏中心等高，等高是指光屏靠近激光器，调节激光器竖直方向的高度或者光屏竖直方向的高度使激光照射到光屏中心，然后将光屏移到光具座的另一端，调节激光器的俯仰和水平调节螺钉，使激光照射到光屏的中心；然后在激光器和光屏之间插入双棱镜，双棱镜的棱朝向激光器，双棱镜的底面朝向光屏，双棱镜竖直方向布置或者水平方向布置，即双棱镜的棱竖直或者水平、双棱镜的底面垂直于光具座的长度方向，即旋转双棱镜的支撑轴和对双棱镜进行俯仰调节使双棱镜的两个反射光点对称分布在激光器的出射孔的水平方向的两侧或者对称分布在激光器的出射孔竖直方向的两侧；测量激光孔两侧的两个反射光斑内侧之间的距离Hs，测量双棱镜到激光器出射面之间的距离Ds；测量光屏两个光斑外侧之间的距离Hc，测量光屏到双棱镜之间的距离Dc；则双棱镜的折射率n=2*（Hc/Dc）/(Hs/Ds)+1。

2.根据权利要求1所述的双棱镜折射率的测量方法，其特征是：激光器的出射孔表面的水平方向和竖直方向都有毫米刻度尺刻度线，竖直方向和水平方向的毫米刻度尺刻度线的交点为激光出射孔的中心，即竖直刻度线的0点和水平刻度线的0点都在激光出射孔的中心，即竖直刻度线的中心和水平刻度线的中心都在激光出射孔的中心。

3.根据权利要求1所述的双棱镜折射率的测量方法，其特征是：光屏水平方向和竖直方向都有毫米刻度尺刻度线，竖直方向和水平方向的毫米刻度尺的交点为光屏的中心；即竖直刻度线的0点和水平刻度线的0点都在光屏的中心，即竖直刻度线的中心和水平刻度线的中心都在光屏的中心。

4.根据权利要求1所述的双棱镜折射率的测量方法，其特征是：双棱镜位于光屏和激光器的中心，即Dc=Ds，则双棱镜的折射率简化为n=2*Hc/Hs+1。