CN110927105A - 一种双棱镜材质折射率的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种双棱镜材质折射率的测量方法涉及折射率的测量，特别是双棱镜材质折射率的测量。双棱镜的锲角α为0.5‑1^o；激光器的出射孔有一个刻度尺，刻度尺有一个孔洞对准激光器的出射孔，刻度尺为不透明材质，孔洞为光阑加在激光器的出射孔，孔洞的一边平行于刻度尺的刻度线，刻度尺的一端标记为刻度0；激光垂直于双棱镜的底面照射到棱上，刻度尺的刻度线平行于双棱镜的棱，测量两个反射光点最近端之间的距离S1；向下移动双棱镜，使光线照射到双棱镜的棱面上，测量反射光点的下端和折射光点的下端之间的距离S2；折射率n=2*S2/S1。测试过程简单；计算过程简便，测试迅速。

Description

一种双棱镜材质折射率的测量方法

技术领域

本发明涉及折射率的测量，特别是双棱镜材质折射率的测量。

背景技术

测量折射率的方法多种，阿贝折射仪，分光计等等。但是，各种测量一般对材质的形状和大小有一定的要求，不一定适合于已经成型的产品。而且分光计和阿贝测试仪的调节比较复杂。

发明内容

本发明主要针对已经成型的双棱镜，提出对双棱镜这种特定形状产品的折射率的测量方法的设计。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种双棱镜材质折射率的测量方法，包括两个激光器和一个双棱镜 ，双棱镜包含两个等腰三角形面和三个矩形面，最大的矩形面为底面、另外两个面为棱面，两个棱面所交的边为棱，等腰三角形面称为侧面，等腰三角形的两个腰和底边的夹角都为α（即两个棱面和底面的夹角都为α），α的角度为0.5-1^o；在光具座靠拢两个激光器调节两个激光器的出射孔等高（这是现有技术常见操作），然后放置两个激光器在光具座两端、调节两个激光器的出射光共线；关闭右侧激光器、打开左侧激光器，在光具座的中部位置的支座插入双棱镜，双棱镜的底面朝左侧，旋转双棱镜的支撑轴使左侧的激光器照射到双棱镜底面的激光反射回左侧激光器的出射孔，即左侧激光器垂直入射到双棱镜的底面，然后旋紧双棱镜支撑轴的紧固螺钉，关闭左侧激光器，打开右侧激光器；其特征是：激光器的出射孔有一个刻度尺，刻度尺有一个长方形孔洞对准激光器的出射孔，刻度尺为不透明材质，刻度尺能够遮蔽除孔洞以外的激光器出射孔，即孔洞作为光阑加在激光器的出射孔（使激光器的的出射光点由直径2.5-3mm改变为长宽在1.5-2mm的长方形或者正方形，孔洞优选2mm正方形），孔洞的一边平行于刻度尺的刻度线，刻度尺的一端标记为刻度0；激光的发散角比较小，激光能够认为是平行光，激光垂直于双棱镜的底面照射到棱上，刻度尺的刻度线平行于双棱镜的棱，光线向棱的两侧反射、在刻度尺形成上下两个反射光点（在刻度尺固定在激光器的出射孔表面后，由于激光器外形为圆柱形，能够通过旋转激光器来使孔洞的边与双棱镜的棱平行、即反射光点照射到刻度尺的孔洞的两侧并关于孔洞对称分布），测量两个反射光点最近端之间的距离S1，即上侧光点的下端和下侧光标的上端之间的距离为S1，两个反射光点的最近端与棱的夹角为4α；向下移动双棱镜，使光线照射到双棱镜的棱面上，其反射光点的下端和折射光点的下端与双棱镜面的入射点的夹角为2α+n(2α-β)- α，测量反射光点的下端和折射光点的下端之间的距离S2；由于双棱镜的锲角α比较小，所以双棱镜的厚度能够忽略，即双棱镜的棱到底面的距离能够忽略，那么入射光的入射点和折射光出射点之间的差异能够忽略，即S2/ S1=[2α+ n(2α-β)- α]/(4α)，其中，由于α比较小、则β也比较小，角度α、β的正弦值、正切值与角度的幅度值近似相等，即sin(α)/sin(β)=α/β= n；所以n=2* S2/ S1。

本发明的有益效果是：采用激光进行测量，激光具有发散角小的特征，即接近于平行光；激光的波长比较稳定，即接近于单色光。采用双激光器实现两侧的激光器的光线共线，通过调节双棱镜的支撑轴实现左侧的激光器垂直入射到双棱镜的底面，从而实现右侧激光器的激光垂直于双棱镜的底面照射到双棱镜的棱和棱面；测试过程简单；计算过程简便，测试迅速。

附图说明

图1是双棱镜示意图（其中标记3的虚线部分表示被遮挡；因为在该图中，底面被遮挡）；图2是激光器出射孔示意图（虚线圆表示出射孔）；图3是标尺与出射孔关系示意图；图4是激光光点照射到棱上的反射示意图；图5是光点照射到棱面产生反射和折射示意图（放大示意图）；图6是光点照射到棱面产生反射和折射示意图（真实光路图）；图7两个激光器出射光共线示意图；图8双棱镜斜插示意图（双棱镜明显倾斜插入产生向下的反射光和折射光，折射光更趋向于向下端、即最下端为折射光，向上旋转双棱镜使反射光反射到左侧激光器的出射孔，即左侧光线垂直入射到双棱镜的底面，由于右侧的激光器的激光与左侧激光器的激光共线，所以右侧激光器垂直于双棱镜的底面这个方向照射到双棱镜的棱和棱面上）；图9是左侧激光器垂直照射到双棱镜的底面(即右侧侧激光器垂直于双棱镜的底面这个方向照射到双棱镜的棱和棱面上)的示意图；图4-9属于俯视图。

其中，1、激光器；2、双棱镜；3、底面；4、棱面；5、刻度尺；6、孔洞；7、出射孔；8、棱；9、侧面。

具体实施方式

备注：附图4-9属于俯视图；为便于表述，在后续的表述中按照图4-9的方位进行描述，以便于理解附图，真实光路的描述可能会采用另外一种描述：比如图中的上下关系在水平面为前后关系。

一种双棱镜材质折射率的测量方法，包括两个激光器1和一个双棱镜2 ，双棱镜2包含两个等腰三角形面和三个矩形面，最大的矩形面为底面3、另外两个面为棱面4，两个棱面4所交的边为棱8，等腰三角形面称为侧面9，等腰三角形的两个腰和底边的夹角都为α，α的角度为0.5-1^o；在光具座靠拢两个激光器并调节两个激光器支撑柱的高度使两个激光器的出射孔等高（这是常规实验技能，即现有技术），然后放置两个激光器在光具座两端、调节两个激光器的出射光共线（关闭右侧激光器，调节左侧激光器左右调节螺钉和俯仰调节螺钉使出射光照射到右侧激光器的入射孔，这属于微小调节；关闭左侧激光器，打开右侧激光器，调节右侧激光器左右调节螺钉和俯仰调节螺钉使出射光照射到左侧激光器的入射孔，这也属于微调）；关闭右侧激光器，在光具座的中部位置的支座插入双棱镜，双棱镜的底面朝左侧，旋转双棱镜的支撑轴使左侧的激光器照射到底面的激光反射回左侧激光器的出射孔，即左侧激光器垂直入射到双棱镜的底面（附图7-9演示该调节过程，附图7-9属于实际光路的俯视图），然后旋紧双棱镜支撑轴的紧固螺钉，关闭左侧激光器，打开右侧激光器；其特征是：激光器1的出射孔7有一个刻度尺5，刻度尺5有一个孔洞6对准激光器1的出射孔7，刻度尺5为不透明材质，刻度尺5能够遮蔽除孔洞6以外的出射孔7，即孔洞6为光阑加在激光器1的出射孔7、使出射光由圆斑改变为矩形斑（激光光斑直径一般在2.5-3mm居多，孔洞的长和宽在1.5-2mm比较合适），孔洞6的一边平行于刻度尺5的刻度线，刻度尺的一端标记为刻度0；激光的发散角比较小，激光能够认为是平行光，激光垂直于双棱镜2的底面3照射到棱8上（图4是上下移动，在光具座，双棱镜的三角形面使水平放置的，即双棱镜前后方向移动，这是现有的实验装置能够实现的调节方式），刻度尺5的刻度线平行于双棱镜的棱8（通过旋转刻度尺或者旋转双棱镜来实现，双棱镜与轴的位置关系一般是固定的，激光器一般为圆柱形，旋转激光器比较方便一些；如果是成套的仪器，一般由厂家实现双棱镜的棱和刻度尺的刻度线平行），光线向棱8的两侧反射、在刻度尺5形成上下两个反射光点，测量两个反射光点最近端之间的距离S1，即上侧光点的下端和下侧光标的上端之间的距离为S1（两个反射光点关于孔洞对称也能够作为“激光垂直于双棱镜2底面3照射到棱8上”的一种指示标记），两个反射光点的最近端与棱8的夹角为4α；向下移动双棱镜2，使光线照射到双棱镜2的棱面4上，其反射光点的下端和折射光点的下端与双棱镜2面的入射点的夹角为2α+ n(2α-β)- α，测量反射光点的下端和折射光点的下端之间的距离S2（可以表述为“测量反射光点和折射光点同一侧之间的距离S2”，即也可以是测量反射光点的上端和折射光点的上端之间的距离S2，或者测量反射光点中心和折射光点中心之间的距离S2，即只要是等同的位置都可以）；由于双棱镜2的锲角α比较小，所以双棱镜2的厚度能够忽略，即双棱镜2的棱8到底面3的距离能够忽略，那么入射光的入射点和折射光出射点之间的差异能够忽略，即S2/ S1=[2α+ n(2α-β)- α]/(4α)，其中，由于α比较小、则β也比较小，角度α、β的正弦值、正切值与角度的幅度值近似相等，即sin(α)/sin(β)=α/β= n；所以n=2* S2/ S1。

注意事项：（1）激光照射到双棱镜2的棱8上，存在两个反射光点和两个折射光点，在图3中，照射到上面一侧棱面4的反射光与棱面4在同一侧（上端），折射光在棱面4的另外一侧（下端），一个光屏从棱面4外侧向棱8靠拢（从上往下），逐渐消失的两个光点中在棱面4一侧的光点为反射光点（上端）、在另外一个棱面4一侧的光点为折射光点（下端）；在剩下的两个光点中，与光屏在同一侧的是折射光点（上端），另外一个是反射光点（下端）。（2）前面描述的上端和下端是按照图3进行描述的，在光具座光路中，双棱镜的三角形面一般是水平布置，图3的上端一般在水平的前方、图3的下端一般在水平的后方（即靠近我们身体的一方）。

双棱镜的长度为40-60mm。其厚度为：（40-60mm）*tg(0.5-1^o)，即40 *0.5*3.14/180-60mm*3.14/180=0.35-1.0mm，光具座长度为1000mm左右，所以双棱镜的厚度能够忽略。

Claims (2)

1.一种双棱镜材质折射率的测量方法，包括两个激光器(1)和一个双棱镜(2) ，双棱镜(2)包含两个等腰三角形面和三个矩形面，最大的矩形面为底面(3)、另外两个面为棱面(4)，两个棱面(4)所交的边为棱(8)，等腰三角形面称为侧面(9)，两个棱面与底面的夹角都为α，α为0.5-1^o；其特征是：激光器(1)的出射孔(7)有一个刻度尺(5)，刻度尺(5)有一个长方形孔洞(6)对准激光器(1)的出射孔(7)，刻度尺(5)为不透明材质，刻度尺(5)能够遮蔽除孔洞(6)以外的出射孔(7)，即孔洞(6)作为光阑加在激光器(1)的出射孔(7)，孔洞(6)的一边平行于刻度尺(5)的刻度线，刻度尺的一端标记为刻度0；调节双棱镜使右侧激光垂直于双棱镜(2)的底面(3)照射到棱(8)上，刻度尺(5)的刻度线平行于双棱镜的棱(8)，光线向棱(8)的两侧反射、在刻度尺(5)形成上下两个反射光点，测量两个反射光点最近端之间的距离S1；向下移动双棱镜(2)，使光线照射到双棱镜(2)的棱面(4)上，测量反射光点和折射光点的同一侧之间的距离S2；双棱镜材质的折射率n=2* S2/ S1。

2.根据权利要求所述的一种双棱镜材质折射率的测量方法，其特征是：双棱镜的长度为40-60mm。

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