反射率的垂直入、反射测量法

　　1　引　言

　　反射率的量传和测量属于光学计量,但在几何量测量中,也往往要求测反射率,尽管其测量准确度要求比光学计量低,但测量的状态及被测件的性能往往和光学计量有所不同。光学计量中,光源与探测器需成一角度,如图1,而几何量测量时,往往要求垂直入反射,其目的如下:

　　(1)与用于自准直的反射器件(如:平面镜、三棱镜等)的使用状态一致。

　　(2)光学测量时测量光束很细,只落在反射器件的小区域上,而垂直入射的光斑可等于自准直仪的通光口径,从而获得较大面积的反射。

　　(3)角锥棱镜等特殊器件以及某些光学系统,只能进行垂直入反射测量。

　　(4)垂直入反射便于制成“便携式”仪器,以开展现场测量。

　　针对以上情况,本文提出了一种基于自准直仪,能够进行垂直入、反射测量反射率的方法。

　　2　测量方法

　　反射率的垂直入、反射测量采用自准直原理及比较测量方法。所用的设备包括: (1)装有光电三极管的自准直仪; (2)已知反射率的标准平面镜;(3)能使被测件或自准直仪作垂直及水平双向角度微调的工作台。

　　自准直仪见图2,物镜焦面上安装的准直分划板为暗视场亮线,中心为0. 2 mm×0. 2 mm方形通光区,由发光二极管经聚光镜把光束会聚成小光斑照明。在准直分划板的共轭位置安装3DU80硅光电三极管,灵敏度为20~50μA/lx,在弱光下灵敏度较高,且饱和压降小,动态范围宽。光电管的电流或电压输出与返回光强度相应,因此可分别使用已知反射率的标准平面镜与被测件作为反射镜,测量两者的输出量,得到被测件的反射率。自准直仪可兼有其它功能,如增加一分光棱镜及面阵CCD,可作双轴自准直仪测量小角度。

　　自准直法的关键是消减残余零位电压。由于光学系统的内部反射、光电元件的暗电流,以致当没有反射光时,光电三极管仍有一定的输出电压。为此,需用黑纸挡住出射光,记录光电三极管的残余零位电压,再用已知反射率的平面镜进行自准直。测量时,平面镜需用黑纸把反射区挡成和被测件相等的反射面积,再双向微动调整工作台,得到最大输出电压值,再对准被测件双向微调得到最大输出电压值,则被测反射件的反射率为

　　式中:R1———被测件对光源波长的反射率;G1———被测件经双向微调,得到的最大输出电压值;G0———标准平面镜,用黑纸挡成与被测件相等反射面积后,经双向微调得到的最大输出最大值;Gs———用黑纸挡住出射光时的输出电压值,即零点残余电压;R0———标准平面镜经光学计量机构检定的对光源波长的反射率,在光学计量检定时要求图1中的α角尽量小(一般为7°),以接近垂直入、反射。