菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法技术

本发明专利技术提供了一种菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法，包括：采用通过测量菲涅尔双棱镜的楔角，通过最小偏向角法和折射定律法测量了菲涅尔双棱镜的折射率；使用统计学方法，非接触地测量菲涅尔双棱镜的厚度。在测量钠黄光波长的实验背景下，通过不断改变双棱镜的位置，记录不同位置下的条纹间距，仿真模拟出位置与条纹间距的线性关系，并以此计算菲涅尔双棱镜的厚度。利用本发明专利技术能够实现在无损的要求下测量易损光学透镜厚度的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及菲涅尔双棱镜
，更为具体地，涉及一种菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法。
技术介绍
菲涅尔双棱镜技术参数在国防、航空、工业生产等领域有重要应用。目前，最早的测量菲涅尔双棱镜的厚度的方法是1991年由李宝敏设计的使用双迈克尔干涉系统测量菲涅尔双棱镜的厚度；近些年，又有人提出基于单发频率分辨光学开关法的飞秒脉冲测量系统，理论推导出了菲涅尔双棱镜底角、折射率和脉冲光斑的关系。但是，现有的这些测量方法只是对菲涅尔双棱镜的楔角与折射率参数做出了研究，并没有对菲涅尔双棱镜的厚度参数做相关的测量研究。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法，以解决上述
技术介绍
中指出的问题。本专利技术提供一种菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法，菲涅尔双棱镜由两块底面相合、顶角相等的三棱镜构成，该测量方法包括：步骤S1：测量三棱镜的楔角α；步骤S2：根据楔角α计算三棱镜的折射率n；步骤S3：根据楔角α和折射率n拟合出三棱镜的位置与条纹间距的线性关系的截距b与斜率a；其中，基于光的干涉原理，则有由于将公式(1)代入公式(2)得到2(n-1)αB＝l(3)；其中，Δx为明条纹与暗条纹的间距，λ为光的波长，l为两个虚光源间的距离，B为三棱镜到夹缝的距离，C为三棱镜到目镜的距离；基于公式(3)拟合获得线性关系式y＝ax+b，求得截距b与斜率a；其中，y为两个虚光源间的距离，x为三棱镜到夹缝的距离；步骤S4：根据截距b与斜率a计算三棱镜的厚度h；其中，根据折射定律，则有β＝nα(4)；两虚光源间的距离l为l＝2(L'+h)(β-α)(5)；将公式(4)带入公式(5)得到l＝2(L'+h)(n-1)α(6)；根据平板玻璃的成像公式，得到两个虚光源的位置，所述成像公式如下：L-L′=(n-1)hn---(7)]]>其中，L'为虚光源到三棱镜的距离，L为夹缝到三棱镜的距离；将公式(7)变形得到L′=L-(n-1)hn---(8)]]>将公式(8)代入公式(6)获得：l=2(L+hn)(n-1)α---(9)]]>将公式(9)变形得到：l=2(n-1)αL+2(n-1)αhn=αL+b---(10)]]>公式(10)中，所述斜率a＝2(n-1)α，所述截距将公式(11)变形得到将计算出的斜率a、截距和折射率n代入公式(12)求得h；步骤S5：将求得的h代入菲涅尔双棱镜的厚度公式为H＝2h，从而获得菲涅尔双棱镜的厚度H。本专利技术的优点：采用统计学的方法测量了菲涅尔双棱镜的厚度，实验操作简捷，所需要的实验器材简单，易于实现，实验结果准确精度高；并且实现了在无损的要求下测量了易损光学透镜厚度的测量。为了实现上述以及相关目的，本专利技术的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本专利技术的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本专利技术的原理的各种方式中的一些方式。此外，本专利技术旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。附图说明通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：图1为本专利技术实施例的自准法测量原理图；图2为本专利技术实施例的反射法测量原理图；图3为本专利技术实施例的最小偏向角测量原理图；图4为本专利技术实施例的折射定律法测量原理图；图5为本专利技术实施例的干涉原理图；图6为本专利技术实施例的仿真模拟线性关系图。图7为本专利技术实施例的干涉光路图。具体实施方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。本专利技术的整体思路为：采用通过测量菲涅尔双棱镜的楔角，通过最小偏向角法和折射定律法测量了菲涅尔双棱镜的折射率；使用统计学方法，非接触地测量菲涅尔双棱镜的厚度。在测量钠黄光波长的实验背景下，通过不断改变双棱镜的位置，记录不同位置下的条纹间距，仿真模拟出位置与条纹间距的线性关系，并以此计算菲涅尔双棱镜的厚度。需要说明的是，菲涅尔双棱镜由两块底面相合、顶角很小且相等的三棱镜构成。上述测量的菲涅尔双棱镜的楔角与折射率均为其中一个三棱镜的楔角与折射率。本专利技术实施例提供的菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法，包括：步骤S1：测量三棱镜的楔角α。本专利技术可以分别通过自准法或反射法测量三棱镜的楔角α，优选地，分别通过两种方法测量出楔角α1和楔角α2，取楔角α1和楔角α2的平均值作为楔角α。自准法用分光计的望远镜分两次对准楔角所对应的两个楔形面，如图1所示，确定反射回来两次绿色亮十字的位置，读出两次测量的角度θ1、θ1'、θ2、θ2'，代入公式计算，数据如下表所示：根据上述数据计算出楔角α1＝40.7'。反射法反射法是把三棱镜放在分光计的载物台的中央，使它的楔角对准平行光管，如图2所示。用钠光灯照亮狭缝，通过平行光管产生平行光束，投射到三棱镜的两个光学表面上，平行光在两个楔平面产生反射，分两次测量两反射光线的夹角θ1、θ1'、θ2、θ2'，代入到公式计算楔角α2，数据下表所示：根据上述数据计算出楔角α2＝40.7'。则楔角α为楔角α1和楔角α2的平均值，同样为40.7'。步骤S2：根据楔角α计算三棱镜的折射率n。本专利技术可以分别通过最小偏向角法或折射定律法测量三棱镜的折射率n，优选地，分别通过两种方法测量出折射率n1和折射率n2，取折射率n1和折射率n2的平均值作为折射率n。最小偏向角法如图3所示，入射光在经过透镜的时候会发生两次折射，如果入射光线与出射光线处在对称位置时，偏向角达到最小，用分光计测量出此时的最小偏向角，测量数据如下表所示，将上述数据代入公式求得平均最小偏向角将代入公式中计算，得到折射率n1＝1.55。折射定律法如图4所示，由折射定律知，可用分光计测量出入射角，用i表示，测量的入射角如下表所示：则，求得i的平均值为根据折射定律，入射角与折射率的关系为将代入上述公式，算出折射率n2＝1.54。折射率n=n1+n22=1.545]]>步骤S3：根据楔角α和折射率n拟合出三棱镜的位置与条纹间距的线性关系的截距b与斜率α本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法，所述菲涅尔双棱镜由两块底面相合、顶角相等的三棱镜构成，该测量方法包括：步骤S1：测量三棱镜的楔角α；步骤S2：根据楔角α计算所述三棱镜的折射率n；步骤S3：根据所述楔角α和折射率n拟合出所述三棱镜的位置与条纹间距的线性关系的截距b与斜率a；其中，基于光的干涉原理，则有由于Δx=B+Clλ---(2),]]>将公式(1)代入公式(2)得到2(n‑1)αB＝l   (3)；其中，Δx为明条纹与暗条纹的间距，λ为光的波长，l为两个虚光源间的距离，B为所述三棱镜到夹缝的距离，C为所述三棱镜到目镜的距离；基于公式(3)拟合获得线性关系式y＝ax+b，求得所述截距b与所述斜率a；其中，y为两个虚光源间的距离，x为所述三棱镜到夹缝的距离；步骤S4：根据所述截距b与所述斜率a计算所述三棱镜的厚度h；其中，根据折射定律，则有β＝nα   (4)；两虚光源间的距离l为l＝2(L'+h)(β‑α)   (5)；将公式(4)带入公式(5)得到l＝2(L'+h)(n‑1)α   (6)；根据平板玻璃的成像公式，得到两个虚光源的位置，所述成像公式如下：L-L′=(n-1)hn---(7);]]>其中，L'为虚光源到所述三棱镜的距离，L为夹缝到所述三棱镜的距离；将公式(7)变形得到L′=L-(n-1)hn---(8)]]>将公式(8)代入公式(6)获得：l=2(L+hn)(n-1)α---(9)]]>将公式(9)变形得到：l=2(n-1)αL+2(n-1)αhn=αL+b---(10)]]>公式(10)中，所述斜率a＝2(n‑1)α，所述截距将公式(11)变形得到将所述斜率a、所述截距和所述折射率n代入公式(12)求得h；步骤S5：将求得的h代入所述菲涅尔双棱镜的厚度公式为H＝2h，从而获得所述菲涅尔双棱镜的厚度H。...

【技术特征摘要】
1.一种菲涅尔双棱镜厚度的非接触间接测量方法，所述菲涅尔双棱镜由两块底面相
合、顶角相等的三棱镜构成，该测量方法包括：
步骤S1：测量三棱镜的楔角α；
步骤S2：根据楔角α计算所述三棱镜的折射率n；
步骤S3：根据所述楔角α和折射率n拟合出所述三棱镜的位置与条纹间距的线性关系的
截距b与斜率a；其中，
基于光的干涉原理，则有由于Δx=B+Clλ---(2),]]>将公式(1)代入公式(2)得到2(n-1)αB＝l(3)；其中，Δx为明条纹与暗条纹的间距，
λ为光的波长，l为两个虚光源间的距离，B为所述三棱镜到夹缝的距离，C为所述三棱镜到目
镜的距离；
基于公式(3)拟合获得线性关系式y＝ax+b，求得所述截距b与所述斜率a；其中，y为两
个虚光源间的距离，x为所述三棱镜到夹缝的距离；
步骤S4：根据所述截距b与所述斜率a计算所述三棱镜的厚度h；其中，
根据折射定律，则有β＝nα(4)；
两虚光源间的距离l为l＝2(L'+h)(β-α)(5)；
将公式(4)带入公式(5)得到l＝2(L'+h)(n-1)α(6)；
根据平板玻璃的成像公式，得到两个虚光源的位置，所述成像公式如下：
L-L′=(n-1)hn---(7);]]>其中，L'为虚光源到所述三棱镜的距离，L为夹缝到所述三棱镜的距离；
将公式(7)变形得到L′=L-(n-1)hn---(8)]]>将公式(8)代入公式(6)获得：
l=2(L+hn)(n-1)α---(9)]]>将公式(9)变形得到：
l=2(n-1)αL+2(n-1)αhn=αL+b---(10)]]>公式(10)中，所述斜率a＝2(n-1)α，所述截距将公式(11)变形得到将所述斜率a、所述截距和所述折射率n代入公式(12)求得h；
步骤S5：将求得的h代入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡世莱，戚会清，孙宝光，李继强，杨墩坤，孙敬华，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50