CN110779693A - 双棱镜材质折射率的测量方法 - Google Patents

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Abstract

双棱镜材质折射率的测量方法涉及物理参数折射率的测量，棱面与底面的夹角为i，夹角为i为0.5 o‑1o，激光器的光线垂直于双棱镜底面入射到双棱镜的棱上，右侧激光器的表面有一个刻度尺，则双棱镜的棱面反射两个光点内侧之间的距离在刻度尺的示数为Hs，双棱镜到刻度尺之间的距离为Ds;左侧激光器的表面有一个刻度尺，左侧激光器的光线90度入射双棱镜的底面，经过棱面后表面反射后，再从双棱镜的底面折射出来形成的光点简称折射光点，两折射光点外侧在左侧激光器表面的刻度尺的读数为Hz，双棱镜到左侧刻度尺的距离为Dz;左侧激光器波长对应的折射率n=(Hz/Dz)/(Hs/Ds)。测量方法简单易懂；计算方法简单。

Description

双棱镜材质折射率的测量方法
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，双棱镜材质折射率测量方法一般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：双棱镜材质折射率的测量方法，双棱镜由五个面组成，其中两个三角形和三个长方形，最大面积的长方形面称为底面，两个面积较小的长方形称为棱面，两个棱面的交线为双棱镜的棱，两个棱面与底面的夹角相等，棱面与底面的夹角为i，夹角i为0.5 o -1o，所以双棱镜的厚度能够忽略，双棱镜的厚度指双棱镜的棱到底面的距离，其特征是：激光器的光线垂直于双棱镜底面入射到双棱镜的棱上，激光器的光线垂直于双棱镜底面入射到双棱镜的棱上的实现方法为：在光具座的放置两个激光器，两个激光器相互靠拢，调节激光器的高度，使两个激光器的出射孔等高，然后将两个激光器固定在光具座的两端，调节左侧激光器左右调节螺钉和竖直调节螺钉使左侧激光器的出射光照射到右侧激光器的出射孔，调节右侧激光器左右调节螺钉和竖直调节螺钉使右侧激光器的出射光照射到左侧激光器的出射孔，即左侧激光器和右侧激光器的出射光共线；在光具座的两个激光器的中间插入双棱镜，双棱镜的底面位于左侧激光器的一侧，旋转双棱镜的支撑轴和调节双棱镜的俯仰调节螺钉使底面的反射光回到左侧的激光器的出射孔，然后锁紧双棱镜的支撑轴紧固螺钉，再关闭左侧的激光器；调节双棱镜的前后方向，使右侧的激光器照射到双棱镜的棱上；右侧激光器的表面有一个刻度尺，双棱镜的棱面反射的两个光点内侧之间的距离在刻度尺的示数为Hs，双棱镜到右侧激光器的刻度尺之间的距离为Ds;关闭右侧激光器，打开左侧激光器，左侧激光器的表面有一个刻度尺，左侧激光器的光线入射到双棱镜底面，光线不发生折射（因为左侧激光器90度入射角照射底面）地透过底面照射到双棱镜棱面的后表面，经过棱面后表面反射后，再从双棱镜的底面折射出来形成的光点简称折射光点，两折射光点外侧在左侧激光器表面的刻度尺的读数为Hz，双棱镜到左侧激光器刻度尺的距离为Dz;左侧激光器波长对应的折射率n=(Hz/Dz)/(Hs/Ds)。
调节双棱镜在光具座导轨的位置，使Dz=Ds，则折射率简化为n= Hz /Hs。
右侧激光器照射到双棱镜的棱上会形成4个光点。双棱镜的棱面反射和底面反射形成的4个光点的区分方法，入射到其中一个棱面的反射光位于棱面的一侧，底面的反射光折射后位于另外一个棱面的一侧，即反射光和底面反射后再折射出来的光线分别位于入射光的两侧，使用光屏从一侧棱面向棱靠近，逐渐变暗甚至消失的两个光点中与光屏在同一侧的是棱面反射光，另外一个光点是底面反射再折射出来的光线（不是本发明关注的光点）。
本发明的有益效果是：只需要测量棱反射光形成光点内侧之间的距离（即两个光点之间的最近距离）和从底面入射、棱面后面反射、底面再折射形成的两个光点（简称出射光点）外侧之间的距离（即两个光点之间的最远距离），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，能够将正弦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是反射光点形成原理；图2是出射光点示意图；图3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，水平照射到棱上部光线的反射光位于水平线的上端，照射到棱下部光线的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，两个反射光斑的最近端在刻度尺的距离为Hs；（2）水平照射到棱上部的光线入射、反射、再折射的出射光位于入射光线的下端，水平照射到棱下部的光线入射、反射、再折射出射光位于入射光线的上端（为了图面简洁，图2画出，图3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Hz；（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）；（4）由于双棱镜的棱角（锲角，楔角）比较小，所以双棱镜棱所在位置与底面之间的距离（简称厚度）能够忽略，因此在测量距离时，不考虑双棱镜的厚度，入射点与入射、反射、再折射形成的折射点之间的位移比较小，可以忽略。
具体实施方式
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0.5o-1o，即1.57/180-3.14/180弧度，双棱镜的底面长度为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底面的高，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= 0.52mm），因此双棱镜的厚度能够忽略。
入射到棱面后表面的入射角为i，反射角为i;反射光线再次入射到底面的入射角为2i，从底面折射出来的光线的折射角为iz，所以sin(iz) / sin(2i)=n，由于双棱镜的锲角i很小，iz也比较小，所以sin(2i)=2i，sin(iz)= iz，因此iz /2 i =n。
照射到棱上的光线在图1中向上反射的光线和向下反射的光线的夹角为4i（反射角i等于入射角i，所以入射光与向上反射光的夹角为2i;同样入射光与向下反射光的夹角也为2i，所以向上的反射光和向下的反射光的夹角为2i+2i=4i）；同理，照射到棱面后表面的光线向下的折射光线和向上的折射光线的夹角为2iz。
在忽略双棱镜的厚度后，反射光光点之间的距离与反射光夹角4i成正比，折射光光点之间的距离的与折射光夹角2iz成正比，所以n = iz /2 i=Hz/Dz/(Hs/Ds);如果Dz=Ds，则简化为n =Hz/Hs。实验测得反射光点内侧之间的距离为Hs=82mm；折射光外侧之间的距离为Hz=126mm（在Dz=Ds条件下测量），所以n=126/82=1.54，该折射率与文献报道的分光计测量的数值比较一致（赣南师范学院学报，用分光计测定双棱镜楔角和折射率，2008年第三期，报道的夹角为1o5’，折射率为1.562）。

Claims (2)

1.双棱镜材质折射率的测量方法，双棱镜由五个面组成，其中两个三角形和三个长方形，最大面积的长方形面称为底面，两个面积较小的长方形称为棱面，两个棱面的交线为双棱镜的棱，两个棱面与底面的夹角相等，棱面与底面的夹角为i，夹角i为0.5 o -1o，所以双棱镜的厚度能够忽略，双棱镜的厚度指双棱镜的棱到底面的距离，其特征是：激光器的光线垂直于双棱镜底面入射到双棱镜的棱上，激光器的光线垂直于双棱镜底面入射到双棱镜的棱上的实现方法为：在光具座的放置两个激光器，两个激光器相互靠拢，调节激光器的高度，使两个激光器的出射孔等高，然后将两个激光器固定在光具座的两端，调节左侧激光器左右调节螺钉和竖直调节螺钉使左侧激光器的出射光照射到右侧激光器的出射孔，调节右侧激光器左右调节螺钉和竖直调节螺钉使右侧激光器的出射光照射到左侧激光器的出射孔，即左侧激光器和右侧激光器的出射光共线；在光具座的两个激光器的中间插入双棱镜，双棱镜的底面位于左侧激光器的一侧，旋转双棱镜的支撑轴和调节双棱镜的俯仰调节螺钉使底面的反射光回到左侧的激光器的出射孔，然后锁紧双棱镜的支撑轴紧固螺钉，再关闭左侧的激光器；调节双棱镜的前后方向，使右侧的激光器照射到双棱镜的棱上；右侧激光器的表面有一个刻度尺，双棱镜的棱面反射的两个光点内侧之间的距离在刻度尺的示数为Hs，双棱镜到右侧激光器的刻度尺之间的距离为Ds;关闭右侧激光器，打开左侧激光器，左侧激光器的表面有一个刻度尺，左侧激光器的光线入射到双棱镜底面，光线不发生折射地透过底面照射到双棱镜棱面的后表面，经过棱面后表面反射后，再从双棱镜的底面折射出来形成的光点简称折射光点，两折射光点外侧在左侧激光器表面的刻度尺的读数为Hz，双棱镜到左侧激光器刻度尺的距离为Dz;左侧激光器波长对应的折射率n=(Hz/Dz)/(Hs/Ds)。
2.根据权利要求1所述的双棱镜材质折射率的测量方法，其特征是： 调节双棱镜在光具座导轨的位置，使Dz=Ds，则折射率简化为n= Hz /Hs。
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