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折射率是光學(xué)材料重要的物理特性，影響了從光學(xué)材料制備，到光學(xué)元件成型，再到光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的整個(gè)過(guò)程。受此影響，折射率檢測(cè)也是光學(xué)精密檢測(cè)領(lǐng)域中基礎(chǔ)而重要問(wèn)題。

 圖1 折射率檢測(cè)及其影響

目前對(duì)于光學(xué)元件折射率的檢測(cè)方法還主要停留在光學(xué)材料檢測(cè)階段，例如V棱鏡法、干涉法等。這些方法需要將待檢材料加工成指定形狀的樣品，限制了形狀的同時(shí)無(wú)法量化光學(xué)元件加工過(guò)程中的折射率變化。而面向光學(xué)元件的折射率檢測(cè)方法，普遍測(cè)量過(guò)程繁瑣和系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題。

本文主要貢獻(xiàn)在于，結(jié)合布儒斯特定律和會(huì)聚激光束特性，提出了面向任意形狀光學(xué)元件的折射率檢測(cè)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性。

系統(tǒng)方面，本文利用布儒斯特方法實(shí)現(xiàn)折射率檢測(cè)；利用會(huì)聚激光束及其在焦深范圍內(nèi)的特性，實(shí)現(xiàn)了在樣品表面的點(diǎn)反射；利用面陣探測(cè)器采集反射后的發(fā)散光束，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)任意形狀光學(xué)元件的折射率檢測(cè)。

算法方面，本文根據(jù)系統(tǒng)特征構(gòu)建三維空間光束入射模型；根據(jù)探測(cè)器子像素與角度的關(guān)系構(gòu)建入射角計(jì)算方法；通過(guò)圖像處理結(jié)合布儒斯特定律從探測(cè)器光強(qiáng)分布中計(jì)算樣品折射率。此外，本文還建立了系統(tǒng)誤差模型，提出了基于對(duì)稱讀數(shù)的誤差修正方法，并理論驗(yàn)證了方法有效性。

實(shí)驗(yàn)方面，本文基于上述理論構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)分別用于驗(yàn)證方法對(duì)于相同折射率、不同形狀的元件以及相似形狀、不同折射率的元件的檢測(cè)效果。與玻璃庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)折射率數(shù)據(jù)比對(duì)，測(cè)量不確定度在10-4量級(jí)，與現(xiàn)有方法接近。

圖2 (A)折射率測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，(B)布儒斯特角入射時(shí)探測(cè)器光強(qiáng)分布，(c)布儒斯特角位置 

論文：

Yao Hu, Jiahang Lv,Qun Hao. Refractive Index Measurement of Glass with Arbitrary Shape Based onBrewster's Law and a Focusing Probe Beam[J]. Sensors, 2021, 21(7):2421.