CN110927107B - 照射双棱镜单侧棱面实现测量材质折射率的方法 - Google Patents

Abstract

照射双棱镜单侧棱面实现测量材质折射率的方法涉及材料折射率的测量，特别是双棱镜形状透明材质折射率的测量。激光器的出射孔固定一个刻度尺，刻度尺有一个长方形孔洞对准激光器的出射孔，长方形孔洞小于激光器的出射孔，激光垂直于双棱镜的底面照射到棱面上形成反射光点和折射光点照射到刻度尺上，旋转激光器使反射光点中心、出射孔中心和折射光点中心在一条直线上，反射光点和出射孔同一侧之间的距离为S1；折射光点和出射孔同一侧之间的距离为S2，双棱镜材质与激光器波长对应的折射率n=S2/S1。测量方法简单，调节过程不复杂，测量原理易懂，计算比较快速。

Description

照射双棱镜单侧棱面实现测量材质折射率的方法

技术领域

本发明涉及材料折射率的测量，特别是双棱镜形状透明材质折射率的测量。

背景技术

材质折射率的测量是一个常见的问题，一般采用分光计或者阿贝折射仪，阿贝折射仪对材质的形状、厚度或者大小有要求，因此对于已经存在的有一定形状的材质折射率的测量存在一定的困难。而且，分光计和阿贝折射仪的调节比较繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提出一个新的测量方法，是对比现有测量技术的一种补充。主要针对两表面的夹角较小形成尖劈的折射率的测量。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：照射双棱镜单侧棱面实现测量材质折射率的方法，包括激光器和双棱镜，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，即两个棱面和底面的夹角都为α，α为0.5-1^o，双棱镜的厚度相对于双棱镜和激光器出射孔之间的距离能够忽略，其特征是：激光器能够绕轴旋转；激光器的出射孔固定一个刻度尺，刻度尺有一个长方形孔洞对准激光器的出射孔，长方形孔洞小于激光器的出射孔，即长方形孔洞中心和激光器出射孔中心的连线垂直于出射孔表面（或者表述为：使激光器的圆形光斑改变成长方形光斑出射），激光垂直于双棱镜的底面照射到棱面上形成反射光点和折射光点照射到刻度尺（最小刻度为毫米的普通刻度尺即可）上，旋转激光器使反射光点中心、出射孔中心和折射光点中心在一条直线上，反射光点和出射孔同一侧之间的距离为S1；折射光点和出射孔同一侧之间的距离为S2，双棱镜材质与激光器波长对应的折射率n= S2/ S1。

本发明的有益效果是：借助现有的光具座和激光器，对已经成型的材质进行测量，适合于双棱镜一类的小夹角的尖劈的折射率的测量；是对现有测量技术的一种补充；本发明的测量方法简单，调节过程不复杂，测量原理易懂，计算比较快速。

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（标尺不透明）；图4是光点照射到棱面产生反射和折射示意图（放大示意图）；图5是光点照射到棱面产生反射和折射示意图（真实光路图，即棱面入射光点和折射光在棱面的出射点的差异能够忽略）（虚线和实线都代表光路图，仅仅为了区分出射孔光斑上端和下端的差异）；图6两个激光器出射光共线示意图；图7双棱镜斜插示意图（初始状态，便于识别反射光点和折射光点）；图8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4-8为俯视图。

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4-8属于俯视图；为便于表述，在后续的表述中按照图4-8的方位进行描述，以便于理解附图，真实光路的描述会采用另外一种描述：比如图4-8中的上下关系在水平面为前后关系，所以表述中的附图4-8的上下方向调节与水平方向的前后调节是相同的步骤。

激光器1作为一种常用光学元件，激光器的支座固定在光具座上，支座中间有一个孔洞能够插入支撑轴，支撑轴能够通过紧固螺钉固定；支撑轴的上端固定连接一个平板（称为固定板），固定板通过弹簧连接另外一个平板（称为悬空板），两个平板都有一个孔洞，激光器的圆柱位于两个孔洞中，固定在悬空板的孔洞中（能够通过螺钉紧固或者摩擦力紧固，现有大多数激光器为摩擦力紧固，也有部分为粘接固定，本发明优选紧固螺钉紧固、旋开螺钉能够转动激光器），悬空板有两个螺钉可以调节激光器光线的前后和上下（俯仰）方向。

照射双棱镜单侧棱面实现测量材质折射率的方法，包括两个激光器1和双棱镜2，双棱镜2包含两个等腰三角形面（称为侧面9）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，等腰三角形的两个腰和底边的夹角都为α，即两个棱面4和底面3的夹角都为α，α为0.5-1^o，双棱镜2的长度为40-60mm，即厚度为0.3-1mm，光具座的长度一般在1000mm以上，因此双棱镜2的厚度能够忽略，其特征是：激光器1的出射孔7固定一个刻度尺5，刻度尺5有一个孔洞6对准激光器1的出射孔7，激光垂直于双棱镜2的底面3照射到棱面4上形成反射光点和折射光点，反射光点、出射光之间的距离为S1，反射光点、出射孔7和棱面入射光点形成的夹角为2α；折射光点、出射孔之间的距离为S2，折射光点、出射孔和棱面入射光点形成的夹角为2α+ n(2α-β)- α；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的棱到底面3的距离能够忽略，那么入射光在棱面4的入射点和折射光穿出棱面4的出射点之间的差异能够忽略（如图5），即S2/ S1=[2α+ n(2α-β)- α]/(2α)，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= S2/ S1。

其中光具座的左侧激光器用以辅助调节两个激光器的出射孔7等高和两个激光器的出射光共线，调节左侧激光器垂直照射到双棱镜的底面、也就意味着右侧激光器垂直于底面照射到棱面4；右侧激光器的光线才属于测试光线，即本发明测试得到的折射率属于右侧激光器波长对应的折射率。

激光垂直于双棱镜2的底面3照射到棱面4上的实现方法：

第1步、调节两个激光器出射光共线，如图6，在光具座将两个激光器靠拢，调节两个激光器的支撑轴（可以简化为调节其中一个激光器的支撑轴），使两个激光器的出射孔7等高（这是一种常见的光学元件等高调节），然后紧固激光器支撑轴的紧固螺钉，再移动两个激光器的支座使两个激光器分别位于光具座的两端并固定支座的紧固螺钉将支座固定在光具座上，关闭右侧激光器、打开左侧激光器，调节左侧激光器的前后和俯仰调节螺钉（这属于微调），使左侧激光器发出的光线照射到右侧激光器的出射孔；同理，关闭左侧激光器、打开右侧激光器，调节右侧激光器的前后调节螺钉和俯仰调节螺钉，使右侧激光出射的光线照射到左侧激光器的出射孔，此时达到两个激光器的光线为同一条直线传播；

第2步：双棱镜斜插到光路，如图7，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，此时紧固双棱镜的支撑轴紧固螺钉和双棱镜支座的紧固螺钉；

第3步：

调节双棱镜的前后方向（部分支座具备这个功能），如图8（图8是俯视图，在图8中是上下调节，在水平面是前后调节），使左侧的激光照射到双棱镜的前侧棱面的后表面（图8俯视图的上端棱面的后表面），此时关闭左侧的激光器，打开右侧的激光器，则右侧激光器将垂直于底面照射到双棱镜棱面上。

刻度尺5的刻度线应该平行于双棱镜的棱8，一般由厂家制作完成，也可以是刻度尺5能够旋转（优选：激光器是圆柱形，能够旋转激光器，使反射光点和折射光点照射到刻度尺上、并与出射孔三点共线，即反射光点中心、折射光点中心和出射孔中心共线）。

反射光点和出射孔同一侧之间的距离为S1，比如，测量反射光点的下端和出射孔下端之间的距离S1。折射光点和出射孔同一侧之间的距离为S2，比如，测量折射光点的下端（上端）和出射孔下端（上端）之间的距离S2。

Claims (1)

1.照射双棱镜单侧棱面实现测量材质折射率的方法，包括激光器(1)和双棱镜(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)，即两个棱面(4)和底面(3)的夹角都为α，α为0.5-1^o，双棱镜(2)的厚度相对于双棱镜和激光器出射孔之间的距离能够忽略，其特征是：激光器（1）外壳为圆柱体，激光器(1)能够绕中心轴旋转；激光器(1)的出射孔(7)固定一个刻度尺(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)，长方形孔洞(6)小于激光器(1)的出射孔(7)，即长方形孔洞（6）中心和激光器（1）出射孔（7）中心的连线垂直于出射孔（7）表面，激光垂直于双棱镜(2)的底面(3)照射到棱面(4)上形成反射光点和折射光点都照射到刻度尺上，旋转激光器使反射光点中心、长方形孔洞（6）中心和折射光点中心在一条直线上，反射光点和长方形孔洞（6）同一侧之间的距离为S1；折射光点和长方形孔洞（6）同一侧之间的距离为S2，双棱镜材质与激光器波长对应的折射率n= S2/S1。

Images