ISO 6760-12025 光学和光子学光学玻璃折射率温度系数试验方法第1部分最小偏差法标准立项发展报告

光学和光子学光学玻璃折射率温度系数试验方法第1部分：最小偏差法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:OpticsandPhotonics—TestMethodforTemperatureCoefficientofRefractiveIndexofOpticalGlasses—Part1:MinimumDeviationMethod摘要光学玻璃折射率温度系数是表征光学材料热光学特性的核心参数，直接影响高精度光学系统在变温环境下的成像质量与测量精度。随着空间光学、高端光刻、激光核聚变及红外探测等领域的快速发展，对光学玻璃折射率温度系数测量结果的可比性和可追溯性提出了更高要求。国际标准化组织（ISO）于2025年7月正式发布ISO6760-1:2025《光学和光子学光学玻璃折射率温度系数试验方法第1部分：最小偏差法》，填补了该领域国际标准空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及与国内外现有标准的关系，重点分析了最小偏差法的测量原理、装置要求、试验程序和误差控制关键技术。报告指出，该标准的发布将有效统一全球范围内光学玻璃折射率温度系数的测量方法和评价准则，为光学材料研发、光学系统设计及国际贸易提供重要技术支撑。未来，ISO6760系列标准有望进一步扩展至干涉测量法等其他测试方法，形成完整的光学玻璃热光学特性测试标准体系。关键词：光学玻璃；折射率温度系数；最小偏差法；国际标准；光学与光子学；试验方法Keywords:Opticalglass;Temperaturecoefficientofrefractiveindex;Minimumdeviationmethod;Internationalstandard;Opticsandphotonics;Testmethod一、引言1.1研究背景光学玻璃是现代光学系统的基石材料，广泛应用于望远镜、显微镜、照相物镜、光刻物镜、光纤通信器件以及各类军用和空间光学仪器中。在实际服役环境中，温度变化会引起光学玻璃折射率的改变，进而导致光学系统的焦距漂移、像差变化和成像质量下降，这一现象在天文观测、空间遥感、激光传输等对精度要求极高的应用场景中尤为突出。折射率温度系数（TemperatureCoefficientofRefractiveIndex，简称dn/dT）正是描述这一热光效应的核心物理参数。长期以来，世界各国光学玻璃制造商和研究机构采用各自不同的测量方法和装置来测定折射率温度系数，导致不同来源的测量数据之间存在显著差异，缺乏统一的技术规范和评价依据。这种状况不仅增加了光学系统设计人员在选用材料时的困难，也制约了光学玻璃产品的国际流通和贸易往来。因此，制定一项国际统一的折射率温度系数试验方法标准，已成为光学与光子学领域标准化工作的迫切需求。1.2标准立项背景ISO/TC172（光学和光子学技术委员会）是国际标准化组织下设的专门负责光学与光子学领域标准制定的技术委员会，其工作范围涵盖光学材料、光学元件、光学仪器及光学测量等多个方面。在ISO/TC172的组织框架下，SC3（光学材料与元件分技术委员会）承担着光学材料基础特性测试方法标准的制定任务。在ISO6760-1:2025发布之前，光学玻璃折射率温度系数的测量主要参考各制造商的企业标准或部分国家的国家标准，如中国国家标准GB/T7962.4-2010《无色光学玻璃测试方法第4部分：折射率温度系数》、日本工业标准JISB7074等。但这些标准在测量原理、温控范围和精度要求等方面均存在较大差异，难以满足全球范围内数据互认和国际比对的需求。在此背景下，2018年ISO/TC172/SC3年会上，中国代表团正式提出制定光学玻璃折射率温度系数试验方法国际标准的提案，并建议以最小偏差法为首个标准部分加以推进。该提案得到了与会各国专家的积极响应和支持，经投票通过后正式注册为ISO6760新工作项目，由中国担任项目牵头国。1.3标准编制历程ISO6760-1:2025的编制工作经历了从新工作项目提案（NWIP）、工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）到最终国际标准草案（FDIS）的完整制定流程，历时约7年。编制过程中，来自中国、德国、日本、美国、英国、法国等国家的光学材料专家和标准化工作者共同组建了WG工作组，先后召开了十余次国际工作组会议和多次网络研讨会，就测量装置设计、试验条件选择、误差分析方法和验证比对方案等技术议题进行了深入研讨。中国作为项目牵头国，组织国内相关科研院所和企业完成了大量的试验验证工作，并在国际比对活动中提供了关键的技术支撑。2024年底，ISO6760-1顺利通过FDIS投票，于2025年7月14日正式发布。二、标准范围与核心技术内容2.1标准范围ISO6760-1:2025确立了采用最小偏差法测定光学玻璃折射率温度系数的试验方法。该标准适用于折射率测量范围1.4～2.2、温度范围-40℃～+100℃的光学玻璃折射率温度系数的测量。值得注意的是，该标准允许根据实际需求将测量温度范围扩展至-100℃～+200℃，以满足特殊应用场景如空间环境模拟和红外光学系统的测试需求。标准规定的测量波长范围涵盖从紫外到红外的常用光谱区域（通常为365nm～2325nm），具体测试波长可根据光学玻璃类型和应用需求进行选择。该标准适用于块状光学玻璃样品，包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和特种光学玻璃等各类产品。2.2最小偏差法测量原理最小偏差法是测量光学玻璃折射率的经典方法，其原理基于光的折射定律和棱镜的最小偏折特性。当一束单色平行光通过待测玻璃制成的三棱镜时，出射光线相对于入射光线的偏转角δ随入射角的变化而变化。当入射角等于出射角时，光线在棱镜内部对称传播，此时偏转角达到最小值δ_min，称为最小偏向角。在最小偏差角条件下，折射率n与棱镜顶角α和最小偏向角δ_min之间满足如下关系式：n=sin[(α+δ_min)/2]/sin(α/2)通过精确测量棱镜顶角α和在不同温度下的最小偏向角δ_min(T)，即可计算得到对应温度下的折射率值n(T)。在此基础上，折射率温度系数β可以通过以下公式计算：β(T)=dn/dT≈[n(T₂)-n(T₁)]/(T₂-T₁)为提高测量精度，该标准推荐在多个温度点上分别测量折射率值，并通过最小二乘法拟合得到折射率-温度曲线，进而求出指定温度下的折射率温度系数数值。2.3测量装置要求标准对测量装置提出了明确的技术要求，主要包括以下几个核心组成部分：恒温系统：用于控制棱镜温度并使其在测量过程中保持稳定。恒温系统的温控精度要求在±0.1℃以内，温度均匀性在有效工作区域内不低于±0.05℃。恒温方式可采用接触式加热/制冷或封闭循环流体恒温方式。光源系统：提供具有足够强度和良好单色性的测量光束。标准推荐使用光谱灯（如汞灯、氦灯、钠灯等）配合单色仪或窄带滤光片获得所需波长的单色光，也可使用可调谐激光器作为光源。温度测量装置：用于精确测量棱镜表面的实际温度，温度测量不确定度应优于±0.05℃。温度传感器的安装位置和方式需保证所测温度能够真实反映棱镜内部介质的实际温度。2.4试样制备要求棱镜顶角的设计需综合考虑测量灵敏度和样品尺寸，标准给出了顶角选择的原则性指导。对于折射率较高的玻璃，应选用较小顶角以避免全反射现象；对于折射率较低的玻璃，可选用较大顶角以提高测量灵敏度。样品尺寸应满足测角仪装夹和恒温系统加热/冷却的需求。2.5试验程序与条件标准对试验程序进行了详细规定，主要包括以下步骤：温度点选择与顺序：标准要求至少选择5个不同温度点进行折射率测量，温度点应均匀覆盖所要求的测量温度范围。推荐在室温附近适当增加测量点密度，因为多数光学玻璃在室温附近的折射率温度特性对实际应用最具参考价值。温度平衡时间：为确保棱镜整体达到温度均匀和稳定状态，标准规定了不同温度变化幅度下所需的最短温度平衡时间，一般要求温度稳定性达到设定值±0.1℃后方可开始测量。测量重复性要求：同一温度点下，至少进行3次独立的折射率测量，测量结果的最大差值应不超过标准规定的重复性限值。标准以实验室间比对试验数据为基础给出了具体的重复性指导值。数据处理与计算：标准规定了折射率温度系数的计算方法和有效数字保留规则。推荐采用线性或二次多项式对折射率-温度数据进行拟合，并根据拟合残差评价拟合优度。2.6误差分析与测量不确定度测量结果不确定度的评定是该标准的重要内容。标准采用GUM（测量不确定度表示指南）的方法框架，系统分析了各不确定度分量的来源及其贡献，包括：角度测量不确定度（棱镜顶角和最小偏向角）、温度测量不确定度、温度不均匀性引入的不确定度、波长不确定度等。标准给出了不确定度评定的示例，并规定在报告测量结果时应同时给出扩展不确定度及其包含因子。这一要求为不同实验室间测量结果的比对和互认提供了科学基础。三、标准的特点与创新性3.1明确界定温度系数的定义与算法ISO6760-1:2025对折射率温度系数给出了科学的定义与明确的算法。标准明确规定折射率温度系数是指恒压下折射率随温度的变化率dn/dT，并指明在工程应用中通常关注某一温度点处的瞬时系数值和某一温度范围内的平均系数值两种表达方式。该定义与国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）和各国材料数据体系中的相关定义保持一致，消除了此前由于定义不统一导致的数据歧义问题。3.2建立了系统化的测量方法框架标准在国际层面首次形成了光学玻璃折射率温度系数最小偏差法的规范性测量方法框架，对测量装置、试样制备、试验程序、数据处理和不确定度评定等全流程技术环节进行了统一规范，且给出了弹性化的温度范围和波长范围设定规则，以适应不同应用场景对测量条件多样化需求的同时，保持测试方法原理和数据处理方法的一致性。3.3强化了标准的可操作性和实用价值标准在编制过程中充分吸收了各国参与实验室的实际测量经验，对棱镜顶角选择原则、温度平衡时间设定、恒温均匀性要求等直接关系到测量成败的关键工艺参数给出了明确的指导值或推荐取值区间。标准文本中提供了多个示例和典型数据，便于使用人员理解和掌握测量方法的实际操作要点。四、标准与国内外标准的关系4.1与国际标准的关系ISO6760-1:2025是光学玻璃折射率温度系数试验方法领域的首项国际标准，填补了ISO标准体系的空白。此前，ISO12123:2010《光学和光子学光学玻璃成品规格书》和ISO11455:1995《光学和光子学光学玻璃折射率温度系数的测定》在相关内容上尚未形成针对最小偏差法的详细可操作的试验方法标准。本标准的发布使ISO在光学玻璃测试方法标准方面更加完备。4.2与主要国家标准的关系中国国家标准GB/T7962.4-2010《无色光学玻璃测试方法第4部分：折射率温度系数》是该领域具有代表性的国家标准，其核心技术内容同样基于最小偏差法。ISO6760-1:2025与GB/T7962.4在测量原理上保持高度一致，在装置要求、试验条件和数据处理等细节上进行了优化和完善，并对测量不确定度的评定提出了更规范的要求。德国标准DIN52313、日本工业标准JISB7074等也在光学玻璃热光特性测试方面有所规定。ISO6760-1的制定充分参考了这些国家标准的合理要素，在更高层面上实现了技术统一。4.3与ISO6760系列标准的结构关系根据ISO/TC172/SC3的工作规划，ISO6760系列标准将涵盖多种折射率温度系数测量方法。ISO6760-1作为系列标准的第1部分，确立了最小偏差法的方法基础。后续计划中的其他部分将涉及干涉测量法等补充方法，共同构成光学玻璃折射率温度系数测试的完整标准体系。五、主要参与制定单位介绍ISO6760-1:2025的制定汇聚了国际光学领域的顶尖研究机构和龙头企业。其中，中国建材总院（ChinaBuildingMaterialsAcademy）作为中国在该标准项目中的核心技术支持单位，发挥了至关重要的作用。中国建材总院是中国建筑材料与无机非金属新材料领域最大的综合性科研机构，设有全国光学玻璃标准化技术归口单位，长期承担着光学玻璃领域国际标准和国内标准的研究制定工作。在ISO6760-1的编制过程中，中国建材总院组织技术团队完成了方法验证、比对试验、不确定度分析等大量基础性技术工作，牵头组织了多项国际比对试验，为该标准的技术内容提供了科学可靠的实验数据支撑。同时，中国建材总院利用其在光学玻璃材料研发和应用评价方面的深厚积累，为标准中涉及的试样制备、装置校准和数据处理等方面提供了丰富的实践经验。此外，成都光明光电股份有限公司、湖北新华光信息材料有限公司等国内外主要光学玻璃制造商也在标准编制过程中提供了大量的实测数据和宝贵的工程经验。德国肖特集团（SCHOTTAG）、日本保谷株式会社（HOYACorporation）、美国康宁公司（CorningIncorporated）等国际知名企业的专家积极参与了工作组讨论，为标准的技术完善贡献了各自在光学玻璃制造和测试方面的专业见解。六、标准的应用前景与经济社会发展价值6.1应用前景ISO6760-1:2025发布后，预计将在以下领域得到广泛应用：光学玻璃制造与质量控制：各光学玻璃生产商将依据该标准建立或完善自己的折射率温度系数出厂检验体系，实现产品质量指标的规范化表达和国际互认。光学系统设计：光学设计人员可依据该标准获得统一、可靠的折射率温度系数数据，从而在设计中更准确地分析温度对系统性能的影响，优化无热化设计。国际贸易与技术交流：该标准为光学玻璃产品的国际贸易提供了统一的技术评价依据，有助于消除贸易壁垒，促进全球光学材料市场的健康发展。科研与教学：该标准可作为高等院校和科研机构在光学材料研究领域的参考方法，为新材料研发提供可靠的性能评价手段。6.2经济社会发展价值该标准发布实施后，将产生显著的经济和社会效益。在经济效益方面，统一的标准有助于降低光学玻璃产品的检测成本和贸易摩擦风险，提高产业链运行效率。据初步估算，标准实施后相关测试效率可提高20%～30%，测试数据的可靠性和一致性将显著改善。在社会效益方面，该标准填补了国际空白，增强了全球光学材料领域的技术互信，促进了国际科技合作与交流，同时也提升了中国在光学与光子学国际标准化领域的影响力和话语权。七、结论与展望ISO6760-1:2025《光学和光子学光学玻璃折射率温度系数试验方法第1部分：最小偏差法》的发布，是光学玻璃测试方法国际标准化工作的重要里程碑。该标准以最小偏差法为基础，系统规定了光学玻璃折射率温度系数的测量原理、装置要求、试验程序、数据处理和不确定度评定方法，为全球光学材料领域提供了一项统一、科学、可操作的技术规范。该标准的发布不仅填补了ISO在光学玻璃折射率温度系数测试方法标准方面的空白，更为重要的是，它为光学玻璃材料的高精度表征、光学系统的可靠设计和光学产品的国际贸易搭建了共用的技术桥梁。展望未来，随着ISO6760系列标准的持续完善，特别是干涉测量法等更高精度测试方法的标准化推进，光学玻璃热光特性测试将形成更加完备的标准体系。同时，建议国内相关标准化技术机构加快推动ISO6760-1:2025向我国国家标准或行业标准的转化应用工作，结合国内光学玻璃产业的实际需求制定配套的技术指南，促进该国际标准在我国光学材料研发、生产和应用各环节的有效落地。在光学技术日新月