本發(fā)明涉及光學(xué)材料精密測量領(lǐng)域，尤其涉及一種測量折射率的方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)材料的折射率參數(shù)是進(jìn)行光學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)，只有精確掌握光學(xué)材料折射率的可靠數(shù)據(jù)，才能根據(jù)要求完成高質(zhì)量的設(shè)計工作。而且，對于光學(xué)材料研究制造者而言，確定所研究的光學(xué)材料的折射率性能指標(biāo)是重要的基本內(nèi)容，是進(jìn)行材料評定的技術(shù)基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)定型的參考依據(jù)，因此，對光學(xué)材料折射率的精確測定是使用、研制光學(xué)材料的重要前提。

現(xiàn)有技術(shù)中，測量光學(xué)材料的折射率的方法通常是，光在經(jīng)過光學(xué)材料的某個面時，對入射角及出射角進(jìn)行測量，進(jìn)而根據(jù)入射角和出射角獲得光學(xué)材料的折射率，但是通常所采用的角度測量方法誤差較大，以至于所獲得折射率的精確度較低，而且常規(guī)方法只能針對可以透過可見光的光學(xué)材料進(jìn)行測量。而近年來，隨著現(xiàn)代光電技術(shù)的快速發(fā)展，國防和民用領(lǐng)域?qū)t外光學(xué)材料(例如紅外光學(xué)玻璃)的需求呈爆炸式增長。很大一部分的紅外光學(xué)玻璃不透可見光，且折射率很高，通常大于2×10^-5，無法沿用傳統(tǒng)的折射率測量方法來獲得其折射率，而其紅外波段折射率又是表征產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，也是進(jìn)行紅外成像系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計必不可少的技術(shù)參數(shù)，且備受紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計人員關(guān)注。因此尋找一種簡便、精確度高，且不受光學(xué)材料限制的測量折射率的方法顯得尤其重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，如何提高測量折射率精度。

解決方案

為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種測量折射率的方法，所述方法包括：使光學(xué)測角儀的光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件分別設(shè)置于被測對象的入射面一側(cè)和出射面一側(cè)，光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件的光軸在同一直線上，其中，所述入射面和所述出射面構(gòu)成的夾角為α；將所述瞄準(zhǔn)部件向著所述夾角方向旋轉(zhuǎn)α度，調(diào)整所述被測對象，以使瞄準(zhǔn)單元的光軸垂直于所述出射面；使光發(fā)射部件發(fā)出的入射光入射至所述入射面；旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件以瞄準(zhǔn)出射光，并獲得所述入射光與所述出射光的夾角β；根據(jù)入射面和出射面的夾角α以及入射光和出射光的夾角β，獲得所述被測對象的折射率n。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述入射面和所述出射面的夾角α滿足以下條件：α＜arcsin(n^-1)。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)入射面和出射面的夾角α以及入射光和出射光的夾角β，獲得所述被測對象的折射率n，包括：根據(jù)以下公式獲得所述被測對象的折射率n：

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述方法還包括：利用所述光學(xué)測角儀測量所述入射面和所述出射面的夾角α。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述被測對象為紅外光學(xué)玻璃。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述被測對象為紅外光學(xué)玻璃的三棱鏡狀的樣塊。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述入射光為紅外光。

有益效果

通過利用光學(xué)測角儀的瞄準(zhǔn)部件使入射光能夠以精準(zhǔn)的角度垂直入射至被測對象的入射面，再通過旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件瞄準(zhǔn)出射光，來獲得入射光與出射光的夾角，使得根據(jù)入射面和出射面的夾角以及入射光和出射光的夾角所獲得的被測對象的折射率精確度更高。此外，由于是利用瞄準(zhǔn)部件使入射光垂直入射至入射面，可以針對不同種類的被測對象(例如可以透過可見光的普通晶體，或幾乎不可透過可見光的紅外晶體等)的折射率進(jìn)行測量，使得測量范圍更加廣泛。

根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。

附圖說明

包含在說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的測量折射率的方法的流程圖。

圖2示出利用自準(zhǔn)直法測量被測對象的入射面和出射面的夾角α的原理圖。

圖3示出瞄準(zhǔn)部件旋轉(zhuǎn)α度、且對被測對象調(diào)節(jié)后的光傳播示意圖。

圖4示出了一個示例性的光學(xué)測角儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。

另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沒有某些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。

實施例1

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的測量折射率的方法的流程圖。如圖1所示，該方法主要包括：

步驟101，使光學(xué)測角儀的光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件分別設(shè)置于被測對象的入射面一側(cè)和出射面一側(cè)，光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件的光軸在同一直線上，其中，所述入射面和所述出射面構(gòu)成的夾角為α；

步驟102，將所述瞄準(zhǔn)部件向著所述夾角方向旋轉(zhuǎn)α度，調(diào)整所述被測對象，以使瞄準(zhǔn)單元的光軸垂直于所述出射面；

步驟103，使光發(fā)射部件發(fā)出的入射光入射至所述入射面；

步驟104，旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件以瞄準(zhǔn)出射光，并獲得所述入射光與所述出射光的夾角β；

步驟105，根據(jù)入射面和出射面的夾角α以及入射光和出射光的夾角β，獲得所述被測對象的折射率n。

本發(fā)明通過利用光學(xué)測角儀的瞄準(zhǔn)部件使入射光能夠以精準(zhǔn)的角度垂直入射至被測對象的入射面，再通過旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件以瞄準(zhǔn)出射光，來獲得入射光與出射光的夾角，使得根據(jù)入射面和出射面的夾角以及入射光和出射光的夾角所獲得的被測對象的折射率精確度更高。此外，由于是利用瞄準(zhǔn)部件使入射光垂直入射至入射面，可以針對不同種類的被測對象(例如可以透過可見光的普通晶體，或幾乎不可透過可見光的紅外晶體等)的折射率進(jìn)行測量，使得測量范圍更加廣泛。

在步驟101中，使光學(xué)測角儀的光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件分別設(shè)置于被測對象的入射面一側(cè)和出射面一側(cè)，光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件的光軸在同一直線上，其中，所述入射面和所述出射面構(gòu)成的夾角為α。

在一個示例中，本實施例的方法可利用光學(xué)測角儀來實現(xiàn)，圖4示出了一個示例性的光學(xué)測角儀的結(jié)構(gòu)示意圖，其可包括光發(fā)射部件10、瞄準(zhǔn)部件11(例如光電瞄準(zhǔn)部件)，以及用于放置被測對象的樣品臺12，被測對象可以是三棱鏡狀的樣塊，其材質(zhì)可以是紅外光學(xué)玻璃等任意需要測量折射率的材質(zhì)。在放置被測對象時，可以使被測對象的入射面(參見圖3中的AC面)靠近光發(fā)射部件，同時被測對象的出射面(參見圖3中的AB面)靠近瞄準(zhǔn)部件。在一個示例中，可以利用光學(xué)測角儀上用于調(diào)節(jié)光發(fā)射部件的螺釘來對光發(fā)射部件的垂直方向(即俯仰)和水平方向(即左右)進(jìn)行調(diào)整，類似地，同樣可以利用光學(xué)測角儀上用于調(diào)節(jié)瞄準(zhǔn)部件的螺釘來對瞄準(zhǔn)部件的垂直方向(即俯仰)和水平方向(即左右)進(jìn)行調(diào)整。在一個示例中，可以借助于放置在樣品臺上的平面鏡來對光發(fā)射部件和瞄準(zhǔn)部件進(jìn)行適應(yīng)性地調(diào)整，以使得光發(fā)射部件的光軸與瞄準(zhǔn)部件的光軸在同一直線上(參見圖4中的D-D線)，也就是說二者的光軸重合，下文將光發(fā)射部件的光軸所在的位置稱為零位線，為了方便測量，還可以使零位線處于水平方向。此外，樣品臺所在的平面可以與零位線平行，以使被測對象的入射面和出射面均處于垂直水平方向，便于后面調(diào)整瞄準(zhǔn)部件，以使入射垂直入射至被測對象。

在一個示例中，光發(fā)射部件可以包括發(fā)光單元、準(zhǔn)直單元等，發(fā)光單元發(fā)出的光通常情況下為非平行光，該非平行光經(jīng)過準(zhǔn)直單元后，可以變?yōu)槠叫泄猓M(jìn)而入射至被測對象。其中，準(zhǔn)直單元可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的(例如通過多個透鏡以及狹縫的組合)可以實現(xiàn)對光進(jìn)行準(zhǔn)直的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對此不做限制。

對入射光進(jìn)行準(zhǔn)直可以使入射光線均以相同的入射角入射，并以相同的出射角出射，避免由于多個角度的入射角造成測量誤差的增大。

發(fā)光單元可以根據(jù)被測對象的種類進(jìn)行選擇。舉例來說，在一個示例中，假設(shè)被測對象可以為紅外光學(xué)材料(例如紅外光學(xué)玻璃)，由于其不可以透過可見光、但可以透過紅外光的特性，可以選擇紅外光光源(例如紅外激光)作為發(fā)光單元。在另一個示例中，假設(shè)被測對象可以透過可見光，則可以選擇可見光光源作為發(fā)光單元。在一個示例中，發(fā)光單元發(fā)出的光可以是單色光，以便后面對折射光的瞄準(zhǔn)與探測，可以避免色差給測量帶來的干擾及誤差。

在一個示例中，可以利用光學(xué)測角儀測量所述入射面和所述出射面的夾角α。圖2示出利用自準(zhǔn)直法測量被測對象的入射面和出射面的夾角α的原理圖。如圖2所示，在一個示例中，被測對象可以是紅外光學(xué)玻璃的三棱鏡狀的樣塊，可以先使瞄準(zhǔn)部件瞄準(zhǔn)入射面AC，調(diào)整瞄準(zhǔn)部件11，通過觀察瞄準(zhǔn)部件11內(nèi)的十字線的像來判斷瞄準(zhǔn)系部件11的光軸是否垂直于入射面，在瞄準(zhǔn)部件11的光軸垂直于入射面AC的情況下，旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件11使其瞄準(zhǔn)出射面AB，采用同樣的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使瞄準(zhǔn)部件11的光軸垂直于出射面AB，如圖2所示，由于瞄準(zhǔn)部件11旋轉(zhuǎn)的角度為θ，θ與α的和為180°，所以入射面AC與出射面AB的夾角為α＝180°-θ。入射面和所述出射面構(gòu)成的夾角為α還可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他方法來獲得，例如利用光學(xué)測角儀采用反射法來獲得。

在一個示例中，入射面和出射面的夾角可滿足以下條件：α＜arcsin(n^-1)。也就是說，本示例中，因為入射光垂直入射至被測對象的入射面，光經(jīng)由被測對象到達(dá)出射面時的入射角為α，由于被測對象的折射率通常大于空氣的折射率，光從被測對象進(jìn)入空氣的時候，如果入射角過大可能會發(fā)生全反射。因此，使入射角小于臨界角，即sinα＜n^-1，即入射面和出射面的夾角滿足α＜arcsin(n^-1)，可避免全反射的發(fā)生，其中，n為被測對象的折射率。

在步驟102中，將瞄準(zhǔn)部件向著所述夾角方向旋轉(zhuǎn)α度，調(diào)整被測對象，以使瞄準(zhǔn)單元的光軸垂直于出射面；

在步驟103中，使光發(fā)射部件發(fā)出的入射光入射至所述入射面。

在完成步驟101之后，可以確定，光發(fā)射部件的光軸在零位線上，瞄準(zhǔn)部件的光軸也在零位線上，且零位線可以穿過被測對象。以下將根據(jù)圖3對如何調(diào)整各部件以使入射光垂直入射至入射面進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先，可以保持光發(fā)射部件(未示出)和被測對象固定，將瞄準(zhǔn)部件(未示出)向著入射面與出射面的夾角(即頂角A)方向旋轉(zhuǎn)α度后，固定瞄準(zhǔn)部件；然后可調(diào)整被測對象的擺放位置，利用瞄準(zhǔn)部件的自準(zhǔn)直特性(即觀察十字線的像的位置)來使瞄準(zhǔn)部件的光軸垂直于出射面，此時光發(fā)射部件發(fā)出的入射光垂直入射至被測對象的入射面。圖3示出瞄準(zhǔn)部件旋轉(zhuǎn)α度、且對被測對象調(diào)節(jié)后的光傳播示意圖。

以上過程是基于這樣的原理，如圖3所示，假設(shè)入射光垂直入射至被測對象的入射面，光在經(jīng)過入射面AC時方向不發(fā)生改變，在到達(dá)出射面AB時，由于i+∠1＝90°且α+∠1＝90°，其中，虛線為法線，i為入射角，∠1為零位線與出射面AB的夾角，∠2為零位線與出射面AB的法線的夾角，β為折射光與入射光(即零位線)的夾角，所以光在經(jīng)過出射面AB時的i＝α，i和∠2為對頂角，所以二者相等，因此，瞄準(zhǔn)部件從零位線位置旋轉(zhuǎn)α角后，其光軸即到達(dá)虛線所示的法線位置，只要調(diào)整被測對象使出射面AB垂直于瞄準(zhǔn)部件的光軸，即可確保入射光垂直于入射面AC。

通過旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件，以及利用瞄準(zhǔn)部件調(diào)節(jié)被測對象的位置，可以使入射光以垂直入射面的方向進(jìn)入被測對象，以便后續(xù)測量被測對象的折射率，該過程與傳統(tǒng)的測量方法不同，不需要用人眼來觀察光，所以光的波長不受任何限制，包括可見光或者非可見光，以至于對被測對象的材料沒有任何限制，包括可以是可以透過可見光的光學(xué)玻璃，或者是幾乎不可用透過可見光的紅外光學(xué)玻璃。采用本實施例的方法可以對折射率大于2×10^-5的紅外光學(xué)玻璃的折射率進(jìn)行測量，且效果很好。

在步驟104中，旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件以瞄準(zhǔn)出射光，并獲得入射光與出射光的夾角β。入射光與出射光的夾角β可以根據(jù)如下方式來獲得：在完成步驟103后，瞄準(zhǔn)部件位于圖3中的靠近出射面AB的法線方向，通過旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件可以瞄準(zhǔn)出經(jīng)出射面AB之后的出射光(即圖3中的折射光)，瞄準(zhǔn)部件旋轉(zhuǎn)的角度為φ度，即折射角為φ度，由于入射光的方向與零位線平行，所以入射光與折射光的夾角為β＝φ-α。在一個示例中，瞄準(zhǔn)部件可以包括光探測器，以便于通過旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)部件可以探測到經(jīng)出射面AB之后的出射光，進(jìn)而對其進(jìn)行瞄準(zhǔn)。光探測器的類型可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，舉例來說，可以根據(jù)光發(fā)射部件發(fā)射的光的種類來選擇光探測器，例如如果發(fā)射的光為紅外光，則可以選擇紅外光探測器來對出射光進(jìn)行探測。在一個示例中，瞄準(zhǔn)部件可以和計算機連接，以便于可以通過顯示器更加直觀地觀察各步驟的調(diào)節(jié)狀態(tài)和結(jié)果，例如十字線的像的位置，或?qū)Τ錾涔獾奶綔y等。

在步驟105中，根據(jù)入射面和出射面的夾角α以及入射光和出射光的夾角β，獲得所述被測對象的折射率n。

在一個示例中，根據(jù)入射面和出射面的夾角α以及入射光和出射光的夾角β，獲得所述被測對象的折射率n，可以采用如下方式來實現(xiàn)：

基于折射率的計算公式，由前述步驟可知，光在經(jīng)過出射面AB時，出射角為α+β，入射角為α，所以根據(jù)以下公式可以獲得所述被測對象的折射率n：

在一個示例中，可以針對同一個被測對象采用該方法多次測量其折射率，再對所獲得的多個折射率求平均值，以該平均值作為該被測對象的最終折射率結(jié)果，以降低單次測量可能導(dǎo)致誤差較大的風(fēng)險，提高精確度。

由于光學(xué)測角儀是高精度測量儀器，利用瞄準(zhǔn)部件來精確測量入射角和折射角，再根據(jù)二者計算得出被測對象的折射率，使得根據(jù)該方法獲得的折射率相比于傳統(tǒng)方法，精度更高。在一個示例中，通過本方法測量得到的折射率的精度最高可以達(dá)到5×10^-6。此外瞄準(zhǔn)部件可以與計算機連接，通過計算機來進(jìn)行瞄準(zhǔn)觀察，進(jìn)一步提高了精確度，而且操作更加方便。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。