高精度光学玻璃折射率测试仪设计
用分光计测定三棱镜玻璃的折射率实验
用分光计测定三棱镜玻璃的折射率实验实验目的：实验仪器：分光计、三棱镜玻璃、透明直尺、光源。
实验原理：Snell定律描述了光束经过介质之间的折射。
n1 sinθ1 = n2 sinθ2其中n1和n2分别是两个介质的折射率，θ1和θ2是入射和折射角度。
如果样品的折射率已知，那么通过测量入射角度、折射角度和材料厚度，就可以计算出折射率。
对于三角形样品，可以用分光计测量出入射角度和折射角度，然后使用标准透明直尺测量出材料的厚度。
实验步骤：1. 将光源置于分光计中心位置。
打开光源并让它预热5-10分钟。
2. 将三棱镜玻璃安装到分光计中心位置。
确保三角形的底边水平放置。
3. 调节分光计的角度测量仪表使其水平。
4. 调整光源和狭缝的位置和大小，使其光束正好达到三角形的顶点。
利用直尺测出光线的位置，确定光源的高度及物理位置，将该高度标出标尺上。
5. 通过微调器调整分光计的角度，使得发射光线通过三角形材料的底部。
记录入射角度。
6. 在汞灯放出的光束反射到分光计的望远镜中时，调节望远镜位置，使其望进三棱镜，并且让观测到的光谱横线完全重合，此时通过望远镜观察到的读数就是折射角度。
7. 利用透明直尺，测量三角形玻璃的厚度。
8. 重复以上步骤2-7三次，取平均值得到最终的折射率。
实验注意事项：1. 调整分光计时，要保证发出的光线垂直入射三棱镜玻璃的边界面。
2. 在调整望远镜的位置时要小心，以避免对其产生影响。
3. 三角形的底边要水平放置，以避免误差。
4. 实验结束后要灭掉光源。
实验结果：通过三次测量，得到三棱镜玻璃的平均折射率为1.52。
超高精度折射率测量方法
超高精度折射率测量方法
1. 激光干涉法，这种方法利用干涉仪测量光束穿过样品和空气
时的相位差，从而计算出折射率。
通过精密的干涉仪和稳定的光源，可以实现非常高的测量精度。
2. 混频法，混频法利用两个不同频率的激光束在样品中产生差
频信号，通过测量差频信号的频率和幅度变化来确定折射率。
这种
方法通常需要高稳定性的激光器和精密的频率测量设备。
3. 晶格常数测量法，利用X射线或电子衍射技术测量晶体的晶
格常数，然后根据晶格常数和波长的关系计算出折射率。
这种方法
适用于晶体材料的折射率测量。
4. 模式匹配法，利用光子晶体或其他周期性结构的光学特性，
通过模拟和匹配实验数据来确定材料的折射率。
这种方法需要复杂
的数值模拟和实验数据处理。
5. 超声声速法，利用超声波在材料中传播的速度来计算折射率。
这种方法适用于固体和液体材料的折射率测量。
以上是一些常见的超高精度折射率测量方法，它们在不同的应用领域和材料类型中具有各自的优缺点。
选择合适的测量方法需要考虑到实际应用需求、样品特性和实验条件等因素。
希望这些信息能够对你有所帮助。
测量玻璃折射率的方法
测量玻璃折射率的方法简介玻璃折射率是指光线从空气中射入玻璃时，光线的传播方向发生弯曲的程度。
测量玻璃折射率是一个重要的实验技术，在材料科学、光学领域以及工业应用中具有重要的意义。
本文将介绍一些常用的测量玻璃折射率的方法。
相关理论知识在测量玻璃折射率之前，我们需要了解一些相关的理论知识。
折射定律折射定律是光线通过两种介质的界面时，入射角、折射角和两种介质的折射率之间的关系。
根据折射定律可以得出以下公式：sini sinr =n2 n1其中，n1和n2分别为两种介质的折射率，i为入射角，r为折射角。
光程差光程差指光线在两个不同介质中传播时所经过的路径长度之差。
对于任意一段光程差Δx，可以表示为：Δx=n⋅d其中，n为介质的折射率，d为光线从入射介质到达出射介质的厚度。
测量方法下面将介绍几种常用的测量玻璃折射率的方法。
斯涅尔法原理斯涅尔法是利用折射定律测量玻璃折射率的一种方法。
当光线从空气射入玻璃时，根据折射定律可以得到以下公式：n=sini sinr若设玻璃板的厚度为d，入射角为i，在玻璃板内光线传播的距离为L，则可以得到光程差Δx为：Δx=nd=iL通过测量光程差Δx和厚度d，再根据入射角i的变化，可以得到多个光程差Δx和对应的入射角i。
从而可以描绘出折射率与入射角之间的关系曲线，进而得到玻璃的折射率。
测量步骤1.准备一块厚度已知的玻璃样品。
2.设计一套斯涅尔测量装置，包括光源、准直器、分光仪、望远镜等。
3.将光源射入准直器，并通过分光仪准直出来的光线。
4.将准直后的光线照射到玻璃样品上，通过调节望远镜观察到出射光线的角度。
5.测量不同入射角下的光程差Δx和对应的入射角i。
6.根据公式Δx=nd=iL计算出折射率n。
干涉法原理干涉法是利用光的干涉现象测量玻璃折射率的方法。
当光线从空气射入玻璃时，由于光在不同折射率的介质中传播时速度不同，会产生光程差。
当光线从玻璃中出射后，再次进入空气，也会产生光程差。
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角。
通过对某些角度的测量，可以测定折射率、光栅常数、光波波长、色散率等许多物理量。
因而精确测量这些角度，在光学实验中显得十分重要。
•• 分光计是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。
由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。
分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。
对于初次使用者来说，往往会遇到一些困难。
但只要在实验调整观察中，弄清调整要求，注意观察出现的现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，在反复练习之后才开始正式实验，一般也能掌握分光计的使用方法，并顺利地完成实验任务。
【实验目的】：1．了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；2．掌握测定棱镜角的方法；3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。
【实验仪器】：分光计（JJY型1’），双面镜，钠灯，三棱镜。
【实验原理】：•• 三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。
图1三棱镜示意图•• 1．反射法测三棱镜顶角如图2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿和方位射出，和方向的夹角记为，由几何学关系可知：••图2反射法测顶角2．最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角称为偏向角，如图3所示。
• 图3最小偏向角的测定转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角发生变化。
玻璃三棱镜折射率的测定
出射光 位置
入射光 位置
1
紫 435.8 2 3 1 绿 546.1 2
A B A B min 1 2 '1 ' 2
( '1 ) ( 2 ' 2 ) n 1 2
sin
min
sin
2 2
3
1 黄I 577.0 2
i2
2
min 三棱镜对单色光的最小偏向角
[实验步骤] 1、调整分光计达到以下要求： （1）望远镜聚焦于无穷远。 （2）望远镜的光轴和平行光管光轴均与分光计的中心轴垂直。 （3）平行光管发出平行光。
2、调节三棱镜的主截面与仪器转轴垂直，使平行光束在棱镜的
主截面内折射。 （1）调节光学面AB和AC与仪器转轴平行（与已调好的望远镜 光轴垂直 ）将三棱镜的三条边垂直于载物平台的调平螺钉a、 b、c的连线
玻璃三棱镜折射 率的测定
[实验目的]
1、巩固分光计的调整方法
2、观察色散现象，测定玻璃三棱镜对紫光、 绿光和黄光的折射率。
[实验仪器]
JJY1′型分光计，汞灯光源，玻璃三棱镜等。
实验原理
sin i1 n sin i2
光的折射
测量折射率的问题就转化为对角度的测量
AB和AC是透光的光学表面，又称折射面 i 4 是出射角 i1 是入射角
入射光SD和出射光ES’之间的 夹角δ称为偏向角
(i1 i2 ) (i4 i3 ) (i1 i4 ) (i2 i3 )
在ΔDGE中
i2 i3 i5 180
在四边形ADGE中 i5 180
i2 i3
(i1 i4 )
实验十五棱镜玻璃折射率的测定
实验十五棱镜玻璃折射率的测定一、实验目的要求1、了解分光计的结构及其基本原理；2、学习分光计的调节方法；3、观察三棱镜对汞灯的色散现象；4、测定玻璃三棱镜对汞绿光或钠黄光的折射率。
二、仪器用具JJY-2型分光仪、钠灯及电源、汞灯及电源、三棱镜一块。
三、实验原理一束单色光以1i 角入射到AB 面上，经棱镜两次折射后，从AC 面射出来，出射角为2i '。
入射光和出射光之间的夹角δ称为偏向角。
当棱镜顶角A 一定时，偏向角δ的大小随入射角1i 的变化而变化。
而当12i i '=时，δ为最小(证明略)。
这时的偏向角称为最小偏向角，记为min δ。
图7-1测三棱镜折射率光路图图7-2最小偏向角测量示意图由图7-1中几何关系得到2'1Ai =221'11min A i i i -=-=δ(7-1))(21min 1A i +=δ设棱镜材料折射率为n ，根据折射定律，则2sin sin sin '11A n i n i ==故2sin 2sin 2sin sin min 1A A A i n +==δ(7-2)由此可知，要求得棱镜材料的折射率n ，必须测出其顶角A 和最小偏向角min δ。
折射率是光波波长的函数非单色光源（如汞灯）发出的光，经过三棱镜折射以后，其中各单色光成分会有不同的偏向角，出射光形成色散光谱线。
偏向角可以分别测量。
一般折射率常用钠黄光或汞绿光而言，记做D n 。
四、实验内容1．分光计的调节（调节要求和方法见前实验）图7-3三棱镜色散2．用汞光灯照亮狭缝，使平行光管出射平行光。
3．将已知棱镜角为A 的待测棱镜按图7-2所示放置于载物台上。
首先，直接用眼睛从棱镜的光线出射面看色散后形成的光谱线。
然后慢慢转动棱镜，大略找出最小偏向角位置T 1，即使谱线往偏向角减小的方向移动。
当棱镜转到某一位置时，谱线不再移动，如果使棱镜继续沿原方向转动，则可以看到谱线反而往相反方向移动，即偏向角反而变大，这个谱线反向移动的转折位置，就是棱镜对该谱线的最小偏向角位置。
高二物理测定玻璃的折射率实验归纳教育科学版知识精讲
高二物理测定玻璃的折射率实验归纳教育科学版【本讲教育信息】一、教学内容：测定玻璃的折射率实验归纳二、学习目标：1、掌握测定玻璃的折射率的实验原理与实验误差分析。
2、能够正确作出不同形状的玻璃砖的光路并会运用公式法与单位圆法处理实验数据。
3、重点掌握测定玻璃的折射率相关的重要的习题类型与其解法。
考点地位：测定玻璃的折射率实验是高考考查的重点，从近几年对于本实验的考查方向来看呈现出向新颖化、创新化的方向开展的趋势，题目侧重于对学生实验能力的考查，试题难度适中，主要考查学生对于实验原理的理解，实验方法的灵活迁移与实验数据的处理。
从出题形式上主要是以实验题形式为主，如06年全国Ⅱ卷第22题、江苏卷第12题均通过实验题形式进展考查。
三、重难点解析： 1. 实验目的〔1〕明确光通过玻璃时的入射角、折射角. 〔2〕掌握测定玻璃折射率的方法. 2. 实验原理如下列图，abcd 为两面平行的玻璃砖，入射角θ1和折射角θ2，据21sin sin n θθ=计算出玻璃的折射率.3. 实验器材白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖. 4. 实验步骤与调整安装〔1〕把白纸用图钉钉在木板上.〔2〕如下列图，在白纸上画一条直线aa ＇作为界面，画一条线段AO 作为入射光线，并通过O 点画出界面aa ＇的法线NN ＇.〔3〕把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa ＇对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb ＇.〔4〕在AO 线段上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2.〔5〕在玻璃砖的bb ＇一侧竖直地插上大头针P 3、P 4，调整眼睛视线，使P 3能同时挡住P 1和P 2的像，使P 4能挡住P 3本身和P 1、P 2的像.〔6〕记下P 3、P 4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P 3、P 4引直线O ＇B 与bb ＇交于O ＇，连接OO ＇，OO ＇就是玻璃砖内的折射光线的路径，入射角θ1＝∠AON ，折射角θ2＝N O O ''∠。
玻璃折射率及测量方法
课程论文题目：对玻璃折射率测定方法的探究班级：2010级物理学本科班姓名：学号：指导老师：对玻璃折射率测定方法的探究摘要：通过不同的方法测定玻璃的折射率，在对实验现象观察的同时，比较不同的方法之间的区别，并将实验结果与真实值比较。
关键词：玻璃，分光计，顶角，偏向角，折射率。
引言：运用钠灯灯光或激光照射玻璃，通过观察折射或反射光的性质来确定玻璃的折射率。
实验方法：（一） 最小偏向角法：1. 实验仪器与用具：分光计，玻璃三棱镜，钠灯。
2. 实验原理：（1）将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n ．测量原理见图1，光线α代表一束单色平行光，以入射角i 1投射到棱镜的AB 面上，经棱镜两次折射后以i 4角从另一面AC 射出来，成为光线t .经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t 延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i 1－i 2)＋(i 4－i 3)＝i 1＋i 4－A ．此式表明，对于给定棱镜,其顶角A 和折射率n 已定，则偏向角δ随入射角i 1而变，δ是i 1的函数.（2）用微商计算可以证明，当i 1＝i 4或i 2＝i 3时，即入射光线a 和出射光线t 对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm 表示.此时，有i 2＝A /2， i 1＝(A ＋δm )/2，故22mA A n sinsinδ+=。
用分光计测出棱镜的顶角A 和最小偏向角δm ,由上式可求得棱镜的折射率n ． 3.实验内容： 3.1棱镜角的测定图1置光源于准直管的狭缝前，将待测棱镜的折射棱对准准直管，由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。
在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合，分别记录此时分光计的读数''1212,,,V V V V ，望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A 的两倍。
3.2最小偏向角的测定（1）将待测棱镜放置在棱镜台上，转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。
测量玻璃的折射率实验报告
测量玻璃的折射率实验报告实验目的：测量玻璃的折射率。
实验器材：1. 平行光束发生器2. 半反射镜3. 目镜4. 凸透镜5. 百页窗实验原理：根据狭缝的正反射和反向折射原理，利用平行光束发生器发射平行光，经半反射镜折射后，通过目镜观察到一条银色明暗交替的条纹，利用百页窗改变光程差，从而得到一系列银色暗条纹位置的变化。
实验步骤：1. 将平行光束发生器放置在实验台上，调整入射角使光束通过半反射镜后尽可能垂直于目镜。
2. 调整目镜，使光通过半反射镜后聚焦在目镜中，观察目镜中的图像。
3. 定义一侧的暗纹为零级，通过旋转百页窗改变光程差，观察条纹的变化。
4. 观察到两个相邻亮纹之间的距离L1，改变光程差后，观察到相邻亮纹之间的距离L2，记录光程差的变化量。
5. 重复步骤4多次，得到一组光程差的变化量和相应亮纹间距离的数据。
实验数据处理：1. 对于每一组数据，计算相邻亮纹间距离的平均值，得到一组光程差的平均值和相应亮纹间距离的数据。
2. 利用光程差计算折射率的公式：n = (L2 - L1) / (L1 - L0)，其中n为折射率，L2为光程差变化量对应的亮纹间距离，L1为变化量为零时对应的亮纹间距离，L0为零级对应的亮纹间距离。
3. 对所有测量数据求平均值，得到玻璃的平均折射率。
实验结果：测量得到玻璃的折射率为n = 1.5。
实验讨论：1. 实验中可能存在误差，例如仪器误差、操作误差等，这些误差可能导致测量结果不够准确。
2. 如有条件，可以使用其他方法对玻璃的折射率进行测量，以验证实验结果的准确性。
3. 实验中采用的玻璃样品可能存在不确定性，可以尝试使用不同种类的玻璃进行实验，并比较不同玻璃的折射率。
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定确定物质的折射率是光学测量中的一个重要指标，是测量光学性质的基础。
在本次实验中，我们将通过分光计调节和棱镜玻璃的折射率实验来研究光学性质。
1. 分光计调节实验1.1 实验仪器分光计衍射栅、白炽灯、眼镜、测微器、读数显微镜等。
当一束光线从空气中入射到介质中时，它的路径会发生弯曲。
这种现象称为折射。
折射率n是介质折射能力的量度。
当一个介质的折射率n变小时，它对光的弯曲程度变小；当n增大时，它对光的弯曲程度增大。
在本实验中，我们使用分光计来测量玻璃棱镜中的折射率，以便对介质的光学性质进行研究。
(1) 用钳子夹住分光计的衍射栅，将其置于分光计中心位置。
(2) 将白炽灯放在分光计的一侧，并将其连通电源。
此时，白炽灯发出的光线将被分光计中的衍射栅分解成多个波长的光。
(3) 调整分光计，将一个带有发光线的眼镜放在接收光线的另一侧。
(4) 读数显微镜和测微器可以旋转以及移动，可在可读取眼镜发光的方向上精确测量波长的位置。
(5) 测量三个不同波长的发光线：红线、黄线和绿线。
(6) 根据测量结果，计算玻璃棱镜的平均折射率，以及不同波长下的折射率。
棱镜玻璃、白炽灯、测微器、三角架、以下器材：垂直距离尺、长刻度尺、移动卡尺、亚米级测微卡尺、90度和135度平面镜。
2.2 实验原理折射率是介质折射能力的量度。
当光线从空气中进入介质时，折射率n是介质加圆曲率的乘积。
在本实验中，我们将使用棱镜玻璃来测量不同介质的折射率。
(1) 将白炽灯放在三角架的一侧，然后将测微器设置在三角架的另一侧。
(2) 将棱镜玻璃放在白炽灯和测微器之间，并将它们压缩在一起。
此时，光将从白炽灯通过棱镜玻璃，然后进入测微器。
(3) 使用垂直距离尺和长刻度尺来确保测微器和棱镜玻璃完全水平。
这是因为如果它们不平性，实验中的测量值将受到误差的影响。
(4) 使用移动卡尺来将距离调整到的距离。
为了补偿棱镜玻璃厚度的影响，需要对测量距离进行修正。
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第２７卷第８期 Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．８
文章编号：１００７—１ １８０（２０１０）０８—００２８—０４
高精度光学玻璃折射率测试仪设计
孟庆华 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）
摘要：对高精度光学玻璃折射率测试仪的总体设计做了分析，采用抛物面反射镜设计平行光管和自准望远 镜。精密转台采用平面轴系。２４位增量式编码器的精度达到０．５２。以单片机为前台机．系统机为后台机对 位敏传感器（ＰＳＤ）和轴角编码器进行数据采集。采用最小偏向角法和三最小偏向角测量法进行光学玻璃折 射率的高精度测量，测量精度可达ｌ０ 。 关键词：折射率；测量精度：测试仪 中图分类号：０４３５．１：ＴＨ７０３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３７８８／０ＭＥＩ ２０１０２７０８．００２８
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｌｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｌａｓｓ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ ＭＥＮＧ Ｑｉｎ－ｈｕａ （Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＯｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ嘶ｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｇｌａｓｓ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ａｎｄ ｓｅｌｆ－ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ．Ｐｌａｎｅ ｓｈａｆｔｉｎｇ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＤＩ．ｅ．
ｃｉｓｉｏｎ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ２４ ｂｉｔ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｃｏｄｅｒ ｗａｓ ０．５２．Ｄａｔａ ｏｆ ＰＳＤ ｓｅｎｓｏｒ ａｎｄ ｃｏｄｅｒ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ＳＣＭ ａｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ．Ｔｈｅ ｌｅａｓｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｌｅａｓｔ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｇｌａｓｓ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｅ． ｃｉｓｉｏｎ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｏ １０４． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ 第２７卷第８期 Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．８
１ 引 言 随着精密光学测量仪器在国防和航空航天等领 域的快速应用和发展．对光学系统成像质量要求越 来越高。为了保证光学系统成像质量，准确测量光 学玻璃的折射率已成为了保证光学系统成像质量非 常重要的环节。随着新的光学玻璃材料的研制，对光 学玻璃材料进行折射率的精密测量是十分重要的【ｌＪ。 许多人对光学玻璃材料的折射率做了大量工作， 提出了很多有意义的测量方法［２－５１。主要有测角法和干 涉法两大类．如最小偏向角法、直角照准法、自准 直法、Ｖ棱镜折射仪法和干涉法等。其中精度较高的 是最小偏向角法、直角照准法和Ｆ—Ｐ干涉法，折射 率测量精度可达到１０ｒ６．需对温度和压力影响进行校 正。目前，国内外对折射率测量的新方法研究很少， 主要靠提高测角仪的单项测量技术水平来提高折射 率测量精度。在测角法中，折射率测量精度主要取 决于编码器的测角精度和瞄准精度。传统瞄准是采 用目视瞄准，本文采用ＰＳＤ位置探测器光电瞄准与 目视瞄准结合的方式。光电瞄准代替目视瞄准，大 大降低了操作者的劳动强度。
２测试仪总体方案概述 折射率测试仪由标准灯、平行光管、被测棱镜、 载物台、自准望远镜、编码器测角系统和计算机控 制及数据处理几部分组成，如图１所示。 标准灯有６种：Ｈｇ、Ｈ、Ｎａ、Ｃｓ、Ｈｅ和Ｃｄ灯。 由于光谱灯有多条特征谱线，为了防止在光电对准
标准灯室 平行光管 被测棱镜 载物台 自准望远镜
图１高精度光学玻璃折射率测试仪示意图 机
中其它谱线对定位的干扰，在灯室里插入窄带滤光 片，只允许所测谱线的光通过。 考虑仪器可扩展性，即测量紫外和红外，平行 光管和望远镜均采用了离轴抛物面反射系统。反射系 统的特点是波段范围宽，很容易从可见波段扩展到紫 外和红外波段，缺点是需采用非球面，加工和装调较 透射系统困难。在自准望远镜瞄准过程中，采用了目 视瞄准和光电瞄准两种方式。目视瞄准采用叉丝和狭 缝像中心对准的方式。光电瞄准采用日本滨松公司生 产的光电位置探ｉ见０器ＰＳＤ，型号￥３９３１，有效光敏面 １ ｍｍ￣６ｍｍ，其光谱测量范围３２０ １ １０ｏ ｎｍ。位置分 辨率０．２ ｍｍ，位置精度可达１ ｍｍ。为了在自准望远 镜中消除在引入半透半反镜进行分光时所带来的复 色光不共面的影响，采用半导体激光器做光源，用红 光进行自准测量，而不是采用白光。 编码器测角系统主要由增量编码器、上下精密轴 系等组成。采用增量式编码器，光栅盘线数为６４ ８００ 线，通过电子学细分４００份，分辨率达到０．０５２，测 角精度为０．５２。采用８个读数头，多次差分平均，模 拟量相加，以消除轴系晃动引起的偏差并改善正弦 信号的波形。光源采用白炽灯，经光学透镜将点光源 变为平行光，以便获得高信噪比的光电信号。为了进 一步提高精度，还需进行软件误差修正。十位数码管 显示，带有绝对零位，可在任～位置手动清零。 测量玻璃折射率的方法很多，根据高精度测量 要求（１０ ），采用最小偏向角法、直角照准法和三最 小偏向角测量法【句。三最小偏向角测量法是我们新发 明的一种新方法。测量精度明显优于传统最小偏向角 法．该方法已申请了发明专利。这３种测量方法使用 的硬件设备相同，只是测量方法和计算机软件不同。
３测试仪分系统设计 ３．１光学系统设计 高精度光学玻璃折射率测试仪光学系统设计为 ３部分：照明系统设计，反射式平行光管设计，反射 式自准望远系统设计。平行光管光学系统如图２所
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平面反射镜２ 抛物面反射镜 图２平行光管光学系统图 示。平行光管和自准望远镜的口径６５５ ｍｍ，相对孔 径１／１０。焦距／５５０ ｍｍ，视场０．４ ｍｍｘ４ ｉｎｍ，离轴量 １００ｍｍ。为了保证有足够的能量照明平行光管狭缝， 光源经照明透镜缩小４倍会聚到平行光管入射狭缝 附近。照明系统与平行光管相对孔径应相匹配。照 明透镜采用两块双分离透镜Ｋ９和ＺＦ１１校正像差， 光谱测量范围为４００～８５２．１ Ｔｉｍ。为减小仪器体积， 加入两块平面反射镜对光路进行适当转折。反射式 自准望远系统物镜与平行光管的物镜结构相同，采 用半导体激光器做光源，照射在自准望远镜入射狭 缝前面的毛玻璃上，均匀照明狭缝。设有半透半反 镜进行分光，切换反射镜在目视瞄准和ＰＳＤ光电瞄 准之间进行切换。 用眼观察．对准精度可达到ｅ＝１ ０，，：通过目镜对 准，目镜焦 。 选１５．６２５ ｍｍ，则望远镜放大倍率 Ｍ－－ｆ￣目＝５５０／１５．６２５＝３５．２，则对准精度为０．２８４＂。若采 用光电对准，接收元件采用ＰＳＤ位置探测器，分辨
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３０ 图３平行光管和自准望远镜点列图 ＷＷＷ．ｏｍｅｉｎｆｏ．ｃｏｍ Ａｕｇ．２０１０
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图４照明系统点列图
率０．２＃ｍ．则对准精度为０．３７５”。 光学设计结果采用点列图进行评价，平行光管 和望远镜见图３，照明系统见图４。 ３－２光机结构设计 高精度光学玻璃折射率测试仪主要由光源箱和 平行光管、自准望远镜、载物台、编码器测角系统、 上转台、下转台、微调机构和锁紧机构等组成。 平行光管和自准望远镜可以旋转和俯仰调节， 用于对准平行光管和自准望远镜的光轴。同时可调 整光轴垂直于码盘测角系统的转轴。载物台有点槽 面调平机构。自准望远镜、平行光管和码盘测角系 统固定在一平台上。平台下面有３个地脚用于仪器 调平。上转台和下转台两部分均有微调机构，以实 现小角度的位移，达到高精度澳４量玻璃折射率的目 的。下转台为主测量台，自准直望远镜与主测量台 相联．并带动光栅盘一起同步转动。下转台设有粗 调和精调两种调整机构，粗调部分为蜗轮蜗杆机构， 蜗轮模数为０＿５，齿数Ｚ＝７２０。当大范围转动时，可 用于摇动快速转动粗调手轮，实现快速进给。蜗杆 另一端联有电机，可启动电机代替手摇，当接近所 要求的角度值时，应慢进给，熟练的操作者根据手 感转动角度１。，最小进给量可达到５ 。为了提高折 射率的钡４量精度，仅靠蜗杆进给不能满足要求，因 此，这里又设有第二级微调结构，最小进给量达到 ０．２５ 。上转台微调机构及调整方法与下转台的相同。 只是最小步距角比下转台的大，最小进给量达到１”。