CN111175251B - 照射双棱镜的棱面和底面测量材质折射率的方法 - Google Patents

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Abstract

照射双棱镜的棱面和底面测量材质折射率的方法涉及折射率的测量，双棱镜的厚度能够忽略，两个激光器的出射光在一条直线上；每个激光器的出射孔有一个刻度尺，刻度尺有一个正方形孔洞对准激光器的出射孔，正方形孔洞的一端为刻度尺的零点；双棱镜位于两个激光器的正中间；左侧激光器的激光垂直于双棱镜的底面照射到前端棱面对应的底面，光线不发生光路改变照射到棱面、再反射到底面、再折射出来照射到左侧刻度尺形成折射光点，折射光点的后端和正方形孔洞后端之间的距离为S2;光线在棱面反射光照射到右侧刻度尺形成光斑与正方形孔洞之间的距离为S1，S1是指激光的正方形出射孔洞的后端到反射光斑后端之间的距离；折射率n=S2/S1。

Description

照射双棱镜的棱面和底面测量材质折射率的方法
技术领域
本发明涉及折射率的测量，特别是双棱镜或者小角度尖劈的折射率的测量。
背景技术
折射率的测量主要是依据折射定律，常采用全反射进行测量；使用的工具通常采用分光计或者阿贝折射仪，分光计和阿贝折射率的调节比较复杂；同时，阿贝折射仪对材质的形状、大小和厚度有一定的要求，对于某些形状的材质则无法进行测量。所以，有必要依据透明材质的具体形状提出适宜的测量方法。
发明内容
本发明主要针对双棱镜一类的小角度尖劈提出折射率的测量方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案是：照射双棱镜棱面和底面测量材质折射率的方法，包括两个激光器，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、另外两个矩形面为棱面，两个棱面所交的边为棱，等腰三角形的两个腰和底边的夹角都为α，α为0.5o-1o，因此正弦值、正切值与角度的弧度值大致相等，双棱镜的长度为40-60mm，即厚度为0.3-1mm，厚度指双棱镜的棱到双棱镜底面的距离，光具座的长度一般在1000mm以上，因此双棱镜的厚度能够忽略，其特征是：激光器外壳为圆柱体，激光器能够绕中心轴旋转；两个激光器的出射光在一条直线上；每个激光器的出射孔有一个刻度尺，刻度尺有一个正方形孔洞对准激光器的出射孔，激光的光斑在2.5-3mm，正方形孔洞的边长在1.5-2mm，正方体孔洞罩住激光光斑，即激光的出射光斑由圆形光斑改变为正方形；正方形孔洞的一端为刻度尺的零点；双棱镜位于两个激光器的正中间，即双棱镜到左侧激光器的距离和双棱镜到右侧激光器的距离相等，假定为L；左侧激光器的激光垂直于双棱镜的底面照射到前端棱面对应的底面，光线不发生光路改变照射到棱面、再反射到底面、再折射出来照射到左侧刻度尺形成折射光点，折射光点的后端和正方形孔洞后端之间的距离为S2;光线在棱面反射光照射到右侧刻度尺形成光斑之间的距离为S1，S1是指激光的正方形出射孔洞的后端到反射光斑后端之间的距离；折射率n= S2/S1。
本发明的有益效果：依据现有的光具座以及常用激光器；在现有激光器适当进行改造、附加一个刻度尺，为便于定位和光差，对激光出现光点进行改造（附加正方形或者长方形光阑，即刻度尺的孔洞）；测量原理清晰，测量方法易懂，计算简单。有利于中学生等理论基础较弱的人群理解，比较适合于作为演示教具使用。本发明左侧激光器和右侧激光器相互配合，本发明的折射率为左侧激光器波长对应的折射率；右侧激光器主要起着辅助定位和测量尖劈的顶角的作用。
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示意图（放大示意图）；图5是光点照射到底面产生折射示意图（放大示意图）；图6是光点照射到棱面产生反射和底面产生折射示意图（真实光路图，即棱面入射光点和折射光在底面的出射点的差异能够忽略）；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（初始状态，便于识别反射光点和折射光点）；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为俯视图，图中的下端为平面内的后端（后方）、图中的上端为平面内的前端（前方）；即下端、后端和后方为相同的方位（只是着眼点不同而已）；同理上端、前端和前方为相同的方位；
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。
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7，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8（俯视图），双棱镜明显倾斜插入产生向后的反射光和折射光，折射光更趋向于向后方（图8最下端）为折射光，顺时针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9（图9是俯视图，在图9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9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。
因为折射率与材质和光的波长有关，测量折射率应该采用单色光，为便于观察一般采用平行光，激光的发散角比较小，近似认为是平行光；激光的波长比较稳定，是比较理想的单色光。

Claims (1)

1.照射双棱镜的棱面和底面测量材质折射率的方法，包括两个激光器(1)，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)、另外两个矩形面为棱面(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，α为0.5o-1o，因此正弦值、正切值与角度的弧度值大致相等，双棱镜(2)的长度为40-60mm，即厚度为0.3-1mm，厚度指双棱镜的棱（8）到双棱镜底面（3）的距离，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）外壳为圆柱体，激光器(1)能够绕中心轴旋转；两个激光器(1)的出射光在一条直线上；每个激光器(1)的出射孔有一个刻度尺(5)，刻度尺(5)有一个正方形孔洞(6)对准激光器(1)的出射孔，正方体孔洞(6)罩住激光光斑，即激光的出射光斑由圆形光斑改变为正方形；正方形孔洞(6)的一端为刻度尺(5)的零点；双棱镜(2)位于两个激光器(1)的正中间，即双棱镜(2)到左侧激光器(1)的距离和双棱镜(2)到右侧激光器(1)的距离相等，假定为L；左侧激光器(1)的激光垂直于双棱镜(2)的底面(3)照射到前方棱面(4)对应的底面(3)，光线不发生光路改变照射到棱面(4)、再反射到底面(3)、再折射出来照射到左侧刻度尺(5)形成折射光点，折射光点的后端和正方形孔洞(6)后端之间的距离为S2;右侧激光器（1）光线在棱面(4)反射光照射到右侧刻度尺(5)形成光斑之间的距离为S1，S1是指激光的正方形出射孔洞(6)的后端到反射光斑后端之间的距离；折射率n=S2/S1。
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