CN114299801B - 一种共轴准直光路虹霓特性测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴准直光路虹霓特性测量系统及测量方法。科研氙灯冷光源和光纤传光束连接，光纤传光束、窄带滤光片、透镜套筒、平凸透镜、可变光阑、球透镜沿光轴依次布置，球透镜的侧方设有正方白屏和侧方白屏；沿光轴移动屏，读取屏与球透镜间距以及虹在屏上的高度，在不同间距下连续测量获得虹在屏上的高度和位置，逐差得霓虹视角；光学玻璃槽中注入不同折射率的透明溶液，球透镜置于光学玻璃槽内，测量相对折射率对视角的变化。本发明与虹霓在太阳光下形成的原理相吻合，能非常全面地开展虹霓特性进行测量，对虹霓现象有实际应用价值，还适用于虹霓特性的系统性物理光学实验教学等。

Description

一种共轴准直光路虹霓特性测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及了一种虹霓光路系统及测量方法，尤其是涉及了一种共轴准直光路虹霓特性测量系统及测量方法。

背景技术

虹霓的成因与特性是非常基础且重要的光学问题，其中包括几何光学与波动光学的基本原理，不仅具有研究的意义，而且具有丰富的实验教学价值。许多研究尝试以定量的方式探讨虹霓特性，具有很强的借鉴性，有的甚至设计实验再现自然界的虹与霓，典型的方法有水雾法和球透镜法两种。其中水雾法存在液滴不稳定、观测效果不佳等问题，仅适合于再现现象展示，不便于进行定量实验。而球透镜法则可形成稳定、清晰大范围的弧形虹与霓，具备定量研究的基础。但采用发散光源不能很好的结合平行光束球透镜反射理论。因此，采用共轴准直光路调节控制光源，形成与理论完美契合的共轴平行光束，是实现虹霓特性的定量测量实验的理想方式。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种共轴准直光路虹霓特性测量系统及测量方法。

其中本发明采用一维滑轨组合光源与标准光学元件产生共轴平行光，由共轴放置的球透镜在平行光照射下形成虹霓现象，构建了一种基于共轴准直光路的测量系统，结合白屏、可变光阑、窄带滤光片、光纤光谱仪、偏振片、光学玻璃槽，进行虹霓特性多参数测量。

本发明采用的技术方案是：

一、一种共轴准直光路虹霓特性测量系统：

包括科研氙灯冷光源、光纤传光束、窄带滤光片、透镜套筒、平凸透镜、可变光阑、正方白屏、侧方白屏和球透镜；科研氙灯冷光源和光纤传光束连接，光纤传光束、窄带滤光片、透镜套筒、平凸透镜、可变光阑、球透镜沿光轴依次布置，球透镜的侧方设有正方白屏和侧方白屏。

所述的侧方白屏位于球透镜的侧方，所述的正方白屏位于球透镜沿光轴光束上游一侧的上方，在沿光轴的方向上正方白屏位于可变光阑和球透镜之间，且在正方白屏面朝向球透镜一侧的表面正对布置一个偏振片。

所述的正方白屏表面垂直于光轴布置，侧方白屏表面平行于光轴地竖直布置。

所述的透镜套筒为可叠式透镜套筒。

所述的光纤传光束安装在旋转可调的可调棱镜架上；所述的窄带滤光片安装在滤光片镜架上，所述的透镜套筒安装在透镜套筒夹具上，所述的平凸透镜安装在透镜镜架上，所述的正方白屏和侧方白屏均安装在干板夹上；

所述的可调棱镜架、滤光片镜架、透镜套筒夹具、透镜镜架、可变光阑等元件均通过支架组件安装在一维滑轨上，每个支架组件均包含支杆、支杆套管和滑块，支杆竖直布置且上端固定安装元件，支杆下端插装到支杆套管上端中，支杆套管下端固定于滑块上，滑块沿光轴方向地滑动安装在一维滑轨上。

还包括光纤光谱仪，光纤光谱仪包括光纤、光纤光谱仪机身和计算机，光纤一端布置在正方白屏或者侧方白屏处并朝向球透镜，光纤另一端和光纤光谱仪机身连接，光纤光谱仪机身再连接到计算机。

还包括偏振片，正方白屏和球透镜之间、侧方白屏和球透镜之间设有偏振片。

还包括光学玻璃槽，球透镜置于光学玻璃槽中，光学玻璃槽内充满透明液体，光学玻璃槽置于三维组合平移台上。

二、一种共轴准直光路虹霓视角测量方法：

方法包括虹的视角和霓的视角；

沿光轴仅移动正方白屏，即沿一维滑轨等间隔移动，读取正方白屏与球透镜之间的间距以及虹在正方白屏上的高度，在不同的正方白屏与球透镜之间的间距下连续测量获得虹在正方白屏上的不同高度，然后按照以下公式作逐差得到虹的视角：

其中θ₁表示虹的视角，Δx表示正方白屏每次移动的间隔，h_i表示虹在正方白屏上的不同高度，取12个h_i值；

沿垂直于光轴仅移动侧方白屏，即沿垂直于一维滑轨等间隔移动，读取侧方白屏与球透镜之间的间距以及霓在侧方白屏上的位置，在不同的侧方白屏与球透镜之间的间距下连续测量获得霓在侧方白屏上的不同位置，然后按照以下公式作逐差得到霓的视角：

其中θ₂表示霓的视角，Δx表示侧方白屏每次移动的间隔，d_i表示霓在侧方白屏上的不同位置，取12个d_i值。

三、一种共轴准直光路折射率对虹霓视角测量方法：

在光学玻璃槽中注入容积为80％的特定折射率的透明溶液，球透镜置于光学玻璃槽内的空心支杆上，观察溶液中的虹霓现象，实现虹霓的视角小于九十度，并与自然界中二者视角接近，虹霓都反射在正方白屏，按照以下公式得到虹霓视角：

其中，m为球透镜的内反射次数，m＝1对应虹，m＝2对应霓，n为球透镜相对于溶液环境的相对折射率，θ_p为虹霓视角。

在光学玻璃槽中注入使用不同折射率的溶液，虹的视角随着相对折射率的变大而变小，霓的视角随着相对折射率的变大而变大，变化趋势符合上述公式。

具体实施中，还可以改变可变光阑的孔径观察到共轴准直光束直径大小对正方白屏与侧方白屏上虹霓光学现象变化的影响，获得非线性的亮度变化和光谱成分。

更换不同波段的窄带滤光片，并配合光纤光谱仪，将光纤光谱仪的光纤一端布置在正方白屏或者侧方白屏处并朝向球透镜，探测获得虹霓的光谱分布。

在正方白屏或侧方白屏前放置并旋转偏振片，获得偏振片不同旋转角度下的虹与霓的偏振性质。

本发明采用了配有可变光阑的共轴准直光路，窄带滤光片、光纤光谱仪与偏振片，多种折射率球透镜、位置视角测量结构与透明光学玻璃槽，分别应用于虹霓受准直光束直径的影响、虹霓光谱分布与偏振性质、虹霓视角的定量测量以及不同折射率球透镜与透明介质对视角的影响等实验，构成了一套完整的物理光学实验装置系统和实验方法。

本发明的有益效果是：

本发明设计了共轴准直光路虹霓特性测量系统，与虹霓在太阳光下形成的原理相吻合，适用于虹霓特性的测量研究和教学实验，构成了一种新型光学仪器。

本发明能实现实验室环境下的虹霓再现，并基于测量系统设计了测量虹霓特性的实验方法，能定量测量虹霓受准直光束直径的变化、虹霓光谱分布与偏振性质、虹霓的视角测量以及不同折射率球透镜与透明液体介质对视角的变化，可非常全面地开展虹霓特性进行测量，不仅对虹霓现象有实际应用价值，而且还适用于虹霓特性的系统性物理光学实验教学等。

附图说明

图1是完整的共轴准直光路测量系统示意图。

图2是科研氙灯冷光源与光纤传光束示意图。

图3是窄带滤光片与可叠式透镜套筒示意图。

图4是平凸透镜与可变光阑示意图。

图5是正方白屏、侧方白屏与偏振片示意图。

图6是球透镜示意图。

图7是光学玻璃槽与球透镜示意图。

图8是光纤光谱仪示意图。

图中：1、科研氙灯冷光源，2、光纤传光束，3、可调棱镜架，4、滤光片镜架，5、窄带滤光片，6、光纤，7、光纤光谱仪机身，8、计算机，9、可叠式透镜套筒，10、透镜套筒夹具，11、平凸透镜，12、透镜镜架，13、可变光阑，14、正方白屏，15、侧方白屏，16、球透镜，17、偏振片；18、干板夹，19、支杆转接件，20、空心支杆，21、支杆，22、支杆套管，23、滑块，24、一维滑轨，25、光学玻璃槽，26、电源，27、三维组合平移台。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

完整的系统如图1所示，系统包括科研氙灯冷光源1、光纤传光束2、窄带滤光片5、透镜套筒9、平凸透镜11、可变光阑13、正方白屏14、侧方白屏15和球透镜16；科研氙灯冷光源1和光纤传光束2连接，光纤传光束2、窄带滤光片5、透镜套筒9、平凸透镜11、可变光阑13、球透镜16沿光轴依次布置，球透镜16的侧方设有正方白屏14和侧方白屏15。

如图6所示，球透镜16包括多种不同折射率、不同直径大小的球透镜，在实验中由共轴准直光束照射。

窄带滤光片5用于过滤光束波段以进行虹霓光谱分析，可变光阑13用于改变光束直径大小，偏振片17可旋转用于测量虹霓偏振性质，正方白屏14与侧方白屏15用于呈接虹与霓现象。

侧方白屏15位于球透镜16的侧方，正方白屏14位于球透镜16沿光轴光束上游一侧的上方，在沿光轴的方向上正方白屏14位于可变光阑13和球透镜16之间，且在正方白屏14面朝向球透镜16一侧的表面正对布置一个偏振片17。

正方白屏14表面垂直于光轴布置，侧方白屏15表面平行于光轴地竖直布置。

光纤传光束2安装在旋转可调的可调棱镜架3上，由可调棱镜架3带动光纤传光束2沿水平面旋转可调；窄带滤光片5安装在滤光片镜架4上，透镜套筒9安装在透镜套筒夹具10上，平凸透镜11安装在透镜镜架12上，正方白屏14和侧方白屏15均安装在干板夹18上。

可调棱镜架3、滤光片镜架4、透镜套筒夹具10、透镜镜架12、可变光阑13等元件均通过支架组件安装在一维滑轨24上，每个支架组件均包含支杆21、支杆套管22和滑块23，支杆21竖直布置且上端固定安装元件，支杆21下端插装到支杆套管22上端中，支杆套管22下端固定于滑块23上，滑块23沿光轴方向地滑动安装在一维滑轨24上。支杆套管22能调节支杆21的伸缩场地并固定支杆21的伸缩长度。

如图8所示，还包括用于光谱测量的光纤光谱仪，光纤光谱仪包括光纤6、光纤光谱仪机身7和计算机8，光纤6一端布置在正方白屏14或者侧方白屏15处并朝向球透镜16，光纤6另一端和光纤光谱仪机身7连接，光纤光谱仪机身7再连接到计算机8。光纤6用于探测正方白屏14或者侧方白屏15处的虹霓光谱进而发送到光纤光谱仪机身7和计算机8中获得检测。

科研氙灯冷光源1和光纤光谱仪均连接到电源26。电源26为科研氙灯冷光源和光纤光谱仪供电。

科研氙灯冷光源1接通电源后发光用于模拟太阳光，与光纤传光束2连接，从光纤传光束一端发出窄束发散光。

球透镜16安装在一根竖直的用于支撑球透镜16的空心支杆20上端，空心支杆20下端插装到支杆套管22上端中，支杆套管22下端固定于滑块23上，滑块23沿光轴方向地滑动安装在一维滑轨24上。

在该测量系统中，科研氙灯冷光源1从光纤传光束2发出发散的光束，发散的光束经过置于一维滑轨24上的标准光学元件产生共轴准直光束，照射球透镜16经多次折射与反射于屏上形成虹霓现象，而后由各测量元件进行虹霓特性测量。

如图1所示，科研氙灯冷光源1产生模拟太阳光的光束，由光纤传光束2导出发散光束，经过平凸透镜11后会聚，透镜套筒9遮挡杂散光，产生圆柱状的共轴准直光束。共轴准直光束上共轴放置球透镜16，初始状态使共轴准直光束的圆截面直径大于球透镜球径，然后共轴准直光束经可变光阑13后入射到球透镜16上，经球透镜16的内部反射进而分为两路分别照射到正方白屏14和侧方白屏15，可在正方白屏14上观察到虹，在侧方白屏15上观察到霓。

还包括用于测量虹霓偏振的偏振片17，正方白屏14和球透镜16之间、侧方白屏15和球透镜16之间设有偏振片17。

如图7所示，还包括盛放不同折射率透明溶液的光学玻璃槽25，球透镜16置于光学玻璃槽25中，光学玻璃槽25内充满透明液体。具体实施中，光学玻璃槽25置于空心支杆20上端，光学玻璃槽25内设置用于支撑的柱体，球透镜16固定在竖直的柱体上。

具体实施中，正方白屏14的干板夹18通过多个支杆转接件19、多根支杆21后连接安装到支杆套管22上，进而安装到一维滑轨24的一个滑块23上。

具体实施中，如图1所示，在完整的测量系统中，科研氙灯冷光源1连接光纤传光束2与电源26，用可调棱镜架3将其光纤出射端固定于一维滑轨24首端，在一维滑轨上按顺序由近及远摆放窄带滤光片5、可叠式透镜套筒9、平凸透镜11、可变光阑13、正方白屏14、球透镜16，在一维滑轨末端放置光学玻璃槽25，于球透镜16一侧放置侧方白屏15，使屏平行于一维滑轨，偏振片17置于正方白屏前，光纤6、光纤光谱仪机身7与计算机8置于滑轨旁并连接电源26。

如图2所示，科研氙灯冷光源1与光纤传光束2固连后，科研氙灯冷光源1连接电源26，光纤传光束2将光束从光纤导出，光纤一端固定在出射角可调节的可调棱镜架3上，可调棱镜架3与支杆21、支杆套管22、滑块23固定后即可置于一维滑轨24上滑动。

如图3所示，窄带滤光片5由可调节方向和旋转的滤光片镜架4夹持，可叠式透镜套筒9由透镜套筒夹具10夹持，两者均与支杆21、支杆套管22、滑块23固定后即可置于一维滑轨24上滑动。

如图4所示，平凸透镜11由可调节方向和旋转的透镜镜架12夹持，同可调节孔径大小的可变光阑13，均与支杆21、支杆套管22、滑块23固定后即可置于一维滑轨24上滑动。

如图5所示，一面白屏由干板夹18夹持，与四个支杆21、三个支杆转接件19交替固连并与支杆套管22、滑块23固定后即可置于一维滑轨24上滑动，作为正方白屏14，另一面白屏由干板夹18夹持，与支杆21、支杆套管22、滑块23固定后即可置于滑轨一侧垂直于滑轨移动，作为侧方白屏15。

本发明的工作原理情况如下：

如图4所示，改变可变光阑13的孔径能改变共轴准直光束的直径大小，限制了光束相对于球体的入射角α范围，影响白屏上虹与霓的亮度与颜色分布。

如图3所示，相对折射率n也受光束的波长影响，因此更换不同波段的窄带滤光片5，能得到特定的单色共轴准直光束，照射到球体上产生单色的虹与霓现象，结合光纤光谱仪测量其位置分布和谱强度的变化，可研究虹霓光谱的空间分布，反映虹“外红内紫”和霓“外紫内红”的特性。

如图1所示，在使用特定波段的窄带滤光片时，也可以测量该波段下的单色虹与霓的视角。根据光束的直线传播定理，产生虹与霓的光路是线性的，在滑轨上一维移动正方白屏14并读取白屏与球透镜间距、虹在屏上的高度，将两组数据进行逐差，得到的斜率即为视角的正切值，该实际测得视角值可与由理论视角公式所得的虹的理论视角值比对，验证虹的视角公式的正确性；在球透镜一侧垂直于滑轨一维移动侧方白屏15并读取白屏与球透镜间距、霓在屏上的位置，将两组数据进行逐差，得到的斜率即为视角的反正切值，该实际测得视角值可与由理论视角公式所得的霓的理论视角值比对，验证霓的视角公式的正确性。

撤去滑轨上的球透镜，将光学玻璃槽25置于滑轨末端、共轴准直光束后方，将球透镜置于空心支杆上并注入约容积80％的不同浓度的葡萄糖溶液，其中葡萄糖溶液折射率可由阿贝折射仪测得，改变葡萄糖溶液即可改变球透镜相对于环境溶液的相对折射率，从而在溶液环境下研究不同相对折射率对应的虹霓视角变化，观察变化趋势是否符合理论视角公式。

根据几何光学，一束光束在球体内传播的偏转角为D＝2(α-β)+m(π-2β)，其中α为光束入射角，β为光束在球体内部的反射角，根据斯涅耳定律和虹霓产生的极值条件dD/dα＝0，可解得虹与霓的视角θ_p(m，n)满足关系：

其中m为球内反射次数，m＝1对应虹，m＝2对应霓，n为球体相对于环境的相对折射率。

测量虹的视角时，沿光轴仅移动正方白屏，即沿一维滑轨等间隔移动，读取正方白屏与球透镜之间的间距以及虹在正方白屏上的高度，在不同的正方白屏与球透镜之间的间距下连续测量获得虹在正方白屏上的不同高度，然后按照以下公式作逐差得到虹的视角：

其中θ₁表示虹的视角，Δx表示正方白屏每次移动的间隔，h_i表示虹在正方白屏上的不同高度，取12个h_i值。

测量霓的视角时，沿垂直于光轴仅移动侧方白屏，即沿垂直于一维滑轨等间隔移动，读取侧方白屏与球透镜之间的间距以及霓在侧方白屏上的位置，在不同的侧方白屏与球透镜之间的间距下连续测量获得霓在侧方白屏上的不同位置，然后按照以下公式作逐差得到霓的视角：

其中θ₂表示霓的视角，Δx表示侧方白屏15每次移动的间隔，d_i表示霓在侧方白屏15上的不同位置，取12个d_i值。

根据菲涅尔公式，一束电磁波在穿透两种不同介质时透射振幅与反射振幅变化满足关系：

其中，t_p为透射时光路平面内电磁波振幅分量变化率，t_s为透射时垂直于光路平面电磁波振幅分量变化率，r_p为反射时光路平面内电磁波振幅分量变化率，r_s为反射时垂直于光路平面电磁波振幅分量变化率，α为入射角，β为折射角。

根据上述振幅变化公式，虹的振幅分量满足关系：

其中，P₁为虹在光路平面内的振幅分量变化率，S₁为虹在垂直于光路平面振幅分量变化率。

根据上述振幅变化公式，霓的振幅分量满足关系：

其中，P₂为霓在光路平面内的振幅分量变化率，S₂为霓在垂直于光路平面振幅分量变化率。

根据上述虹与霓振幅分量变化率，计算发现虹与霓的P分量均接近于零，即虹霓均为S偏振光。

如图1所示，偏振片17置于正方白屏或侧方白屏前，虹与霓光束透过偏振片，旋转偏振片可观察白屏上虹霓亮度的变化，由光纤光谱仪测定光谱成分，可标定虹霓的偏振性质。

具体实施例的实施过程情况如下：

图1展示了本发明的完整示意图，在科研氙灯冷光源启动后，调节光纤传光束发光端、窄带滤光片、可叠式透镜套筒、平凸透镜、可变光阑、球透镜共轴，调节光束共轴准直，即可在正方白屏上观察到虹，在侧方白屏上观察到霓。

在测量研究虹霓受准直光束直径的影响时，改变可变光阑的孔径即可观察到正方白屏与侧方白屏上虹霓光学现象的变化。

在测量研究虹霓光谱分布与偏振性质时，更换不同波段的窄带滤光片，结合光纤光谱仪，可研究虹霓光谱分布，在正方白屏或侧方白屏前放置偏振片，旋转偏振片，可测量研究虹霓的偏振性质。

在研究虹霓视角的定量测量以及不同折射率球透镜与透明介质对视角的影响时，沿一维滑轨移动正方白屏并读取屏与球透镜间距、虹在屏上的高度，连续测量作逐差得到虹的视角，于球透镜一侧垂直于滑轨移动侧方白屏并读取屏与球透镜间距、霓在屏上的位置，连续测量作逐差得到霓的视角，光学玻璃槽中注入约容积80％的特定折射率的溶液并置于三维组合平移台上，球透镜置于光学玻璃槽中的空心支杆上，旋转三维组合平移台旋钮，使光束与球透镜共轴，观察溶液中的虹霓现象，使用不同折射率的溶液与球透镜，可测量视角与相对折射率的关系，并能模拟再现自然界虹霓现象。

通过上述实施过程的阐述，使本发明充分的应用于虹霓特性的多参数测量，构成了完整的物理光学实验装置和实验方法，展示出本发明的创新性、完整性与先进性，以及应用中的可操作性。

Claims (8)

1.一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：

包括科研氙灯冷光源（1）、光纤传光束（2）、窄带滤光片（5）、透镜套筒（9）、平凸透镜（11）、可变光阑（13）、正方白屏（14）、侧方白屏（15）和球透镜（16）；科研氙灯冷光源（1）和光纤传光束（2）连接，光纤传光束（2）、窄带滤光片（5）、透镜套筒（9）、平凸透镜（11）、可变光阑（13）、球透镜（16）沿光轴依次布置，球透镜（16）的侧方设有正方白屏（14）和侧方白屏（15）；

采用所述的共轴准直光路虹霓特性测量系统的视角测量方法包括测量虹的视角和霓的视角；

沿光轴仅移动正方白屏（14），读取正方白屏（14）与球透镜（16）之间的间距以及虹在正方白屏（14）上的高度，在正方白屏（14）与球透镜（16）之间的不同的间距下连续测量获得虹在正方白屏（14）上的不同高度，然后按照以下公式作逐差得到虹的视角：

其中

表示虹的视角，

表示正方白屏（14）每次移动的间隔，

表示虹在正方白屏（14）上的不同高度；

沿垂直于光轴仅移动侧方白屏（15），读取侧方白屏（15）与球透镜（16）之间的间距以及霓在侧方白屏（15）上的位置，在侧方白屏（15）与球透镜（16）之间的不同的间距下连续测量获得霓在侧方白屏（15）上的不同位置，然后按照以下公式作逐差得到霓的视角：

其中

表示霓的视角，

表示侧方白屏（15）每次移动的间隔，

表示霓在侧方白屏（15）上的不同位置。

2.根据权利要求1所述的一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：所述的侧方白屏（15）位于球透镜（16）的侧方，所述的正方白屏（14）位于球透镜（16）沿光轴光束上游一侧的上方，在沿光轴的方向上正方白屏（14）位于可变光阑（13）和球透镜（16）之间，且在正方白屏（14）面朝向球透镜（16）一侧的表面正对布置一个偏振片（17）。

3.根据权利要求1所述的一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：所述的正方白屏（14）表面垂直于光轴布置，侧方白屏（15）表面平行于光轴地竖直布置。

4.根据权利要求1所述的一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：所述的光纤传光束（2）安装在旋转可调的可调棱镜架（3）上；所述的窄带滤光片（5）安装在滤光片镜架（4）上，所述的透镜套筒（9）安装在透镜套筒夹具（10）上，所述的平凸透镜（11）安装在透镜镜架（12）上，所述的正方白屏（14）和侧方白屏（15）均安装在干板夹（18）上；

所述的可调棱镜架（3）、滤光片镜架（4）、透镜套筒夹具（10）、透镜镜架（12）、可变光阑（13）元件均通过支架组件安装在一维滑轨（24）上，每个支架组件均包含支杆（21）、支杆套管（22）和滑块（23），支杆（21）竖直布置且上端固定安装元件，支杆（21）下端插装到支杆套管（22）上端中，支杆套管（22）下端固定于滑块（23）上，滑块（23）沿光轴方向地滑动安装在一维滑轨（24）上。

5.根据权利要求1所述的一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：还包括光纤光谱仪，光纤光谱仪包括光纤（6）、光纤光谱仪机身（7）和计算机（8），光纤（6）一端布置在正方白屏（14）或者侧方白屏（15）处并朝向球透镜（16），光纤（6）另一端和光纤光谱仪机身（7）连接，光纤光谱仪机身（7）再连接到计算机（8）。

6.根据权利要求1所述的一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：还包括偏振片（17），正方白屏（14）和球透镜（16）之间、侧方白屏（15）和球透镜（16）之间设有偏振片（17）。

7.根据权利要求1所述的一种共轴准直光路虹霓特性测量系统，其特征在于：还包括光学玻璃槽（25），球透镜（16）置于光学玻璃槽（25）中，光学玻璃槽（25）内充满透明液体，光学玻璃槽（25）置于三维组合平移台（27）上。

8.一种共轴准直光路折射率对虹霓视角测量方法，其特征在于：

所述方法采用以下共轴准直光路虹霓特性测量系统，包括科研氙灯冷光源（1）、光纤传光束（2）、窄带滤光片（5）、透镜套筒（9）、平凸透镜（11）、可变光阑（13）、正方白屏（14）、侧方白屏（15）和球透镜（16）；科研氙灯冷光源（1）和光纤传光束（2）连接，光纤传光束（2）、窄带滤光片（5）、透镜套筒（9）、平凸透镜（11）、可变光阑（13）、球透镜（16）沿光轴依次布置，球透镜（16）的侧方设有正方白屏（14）和侧方白屏（15）；

还包括光学玻璃槽（25），球透镜（16）置于光学玻璃槽（25）中，光学玻璃槽（25）内充满透明液体，光学玻璃槽（25）置于三维组合平移台（27）上；

所述方法具体如下：在光学玻璃槽（25）中注入透明溶液，球透镜（16）置于光学玻璃槽（25）内，观察溶液中的虹霓现象，虹霓都反射在正方白屏，按照以下公式得到虹霓视角：

其中，

为球透镜（16）的内反射次数，

对应虹，

对应霓，

为球透镜（16）相对于溶液环境的相对折射率，

为虹霓视角。

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