ISO 6760-22024 光学和光子学光学玻璃折射率温度系数的试验方法第2部分干涉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的试验方法第2部分：干涉法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Opticsandphotonics—Testmethodfortemperaturecoefficientofrefractiveindexofopticalglasses—Part2:Interferometricmethod摘要随着现代光学技术的飞速发展，光学玻璃作为光学系统的核心基础材料，其折射率温度系数（dn/dT）的精确测定对于高性能光学系统的设计与制造具有举足轻重的意义。特别是在航空航天、深紫外光刻、激光核聚变、天文观测等前沿领域，温度变化引起的折射率波动将直接导致光学系统成像质量下降、光束指向漂移乃至系统失效。国际标准化组织（ISO）于2024年5月6日正式发布ISO6760-2:2024《光学和光子学光学玻璃折射率温度系数的试验方法第2部分：干涉法》，该标准作为ISO6760系列标准的重要组成部分，确立了基于干涉测量原理的光学玻璃折射率温度系数测试方法的国际统一规范。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、适用范围及创新要点，深入分析了干涉法相较于传统最小偏向角法在测量精度、样品尺寸要求、自动化程度等方面的显著优势。报告指出，该标准的发布填补了国际上关于光学玻璃折射率温度系数干涉法测试的标准空白，为全球光学材料研究机构、生产企业及用户单位提供了统一、精确、可重复的技术依据，对推动精密光学制造技术的进步和光学材料国际贸易的规范化发展具有重要意义。关键词：光学玻璃；折射率温度系数；干涉法；ISO6760；光学测试；标准化；光学材料Keywords:Opticalglass;Temperaturecoefficientofrefractiveindex;Interferometricmethod;ISO6760;Opticaltesting;Standardization;Opticalmaterials1.引言1.1研究背景光学玻璃是现代光学技术的基石，广泛应用于望远镜、显微镜、照相机镜头、光刻物镜、激光系统、光纤通信器件以及各类精密测量仪器之中。随着应用场景的不断拓展和性能要求的持续提升，光学系统对光学玻璃各项物理参数的控制精度提出了更为严苛的要求。其中，折射率温度系数（TemperatureCoefficientofRefractiveIndex，简称dn/dT）描述了折射率随温度变化的速率，是表征光学材料热光学特性的关键参数。在精密光学系统设计过程中，dn/dT的准确测量直接关系到光学系统的无热化设计、热补偿方案的制定以及极端温度环境下的性能预测。例如，在空间遥感载荷中，温度波动范围可达数十摄氏度甚至上百摄氏度，若dn/dT数据不准确，将导致光学系统在不同温度下产生显著的焦面漂移和像质退化，直接影响遥感数据的定量化应用。类似地，在高功率激光系统中，光学元件吸收激光能量引起的温升将改变材料的折射率，进而导致波前畸变和光束质量下降，精确的dn/dT数据是评估和补偿该效应的基础。1.2标准立项的必要性长期以来，国际上测定光学玻璃折射率温度系数主要采用精密测角法（最小偏向角法），该方法虽然原理成熟、测量精度高，但存在对样品尺寸要求大（通常需要制备较大尺寸的棱镜样品）、测量耗时较长、对操作人员技能要求高等局限。随着光学玻璃品种的日益丰富——包括低色散玻璃、高折射率玻璃、红外光学材料、特殊环境用玻璃等——以及样品微型化、测试高效化的发展趋势，业界迫切需要一种更加灵活、高效且同样精密的测量方法。干涉法测量dn/dT的基本原理是基于温度变化引起的光程差变化，通过干涉条纹的移动量来精确反演折射率的变化量。该方法具有灵敏度高、可测样品尺寸小、测量速度快等显著优点，尤其适用于小尺寸样品和特殊光学材料的测量。然而，由于各研究机构和企业在实验装置的搭建、测量步骤的设计以及数据处理方法上存在差异，导致不同实验室之间的测量结果缺乏可比性，严重制约了技术交流和贸易合作。因此，制定一项统一的国际标准，规范干涉法测量光学玻璃折射率温度系数的试验方法，成为国际光学界和标准化学界的共同呼声。ISO6760-2:2024正是在这一背景下应运而生的。该标准由国际标准化组织ISO/TC172（光学和光子学技术委员会）负责制定，经过多轮国际研讨和技术论证，于2024年5月正式发布。2.标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO6760-2:2024||标准名称|光学和光子学光学玻璃折射率温度系数的试验方法第2部分：干涉法||英文名称|Opticsandphotonics—Testmethodfortemperaturecoefficientofrefractiveindexofopticalglasses—Part2:Interferometricmethod||发布机构|国际标准化组织（ISO）||技术委员会|ISO/TC172（光学和光子学）||分类号|光学设备||发布日期|2024年5月6日||标准状态|现行||国别|国际组织||语种|英语|2.2标准定位与适用范围ISO6760-2:2024作为ISO6760系列标准的第2部分，专注于规定采用干涉法测定光学玻璃折射率温度系数的试验方法。该系列标准的第1部分（ISO6760-1）规定了基于最小偏向角法的测量方法，两部分共同构成了光学玻璃折射率温度系数测量的完整标准体系，为用户提供了不同条件下的两种互补测试方案。本标准的适用范围涵盖：-各类光学玻璃材料，包括冕牌玻璃、火石玻璃、镧系玻璃、氟磷酸盐玻璃等；-适用于温度范围通常在-40℃至+100℃（具体取决于测试装置的配置能力）；-适用于波长范围通常在可见光及近红外波段（典型为404.7nm至2325.4nm的多个特征谱线）；-对样品尺寸要求相对灵活，可测量较小尺寸的光学玻璃样品。3.干涉法测量原理与技术内容3.1测量原理干涉法测量折射率温度系数的核心物理基础是光学干涉原理。当一束相干光被分为两束后，一束通过被测光学玻璃样品（测量臂），另一束通过参考路径（参考臂），两束光在满足相干条件的情况下发生干涉，形成干涉图样。当样品温度发生变化时，样品的折射率和几何尺寸均会发生变化，从而导致测量臂的光程发生改变。这一光程变化反映在干涉图样上，即为干涉条纹的移动。具体而言，温度变化ΔT引起的干涉条纹移动数N与样品折射率温度系数dn/dT之间存在明确的数学关系，可表示为：dn/dT=(N·λ)/(L·ΔT)-dn/dT的几何项校正（详细公式以标准文本为准）其中，λ为光源波长，L为样品厚度，ΔT为温度变化量。需要特别指出的是，干涉法测量得到的光程变化中包含了样品热膨胀引起的几何尺寸变化贡献，因此在数据计算时必须扣除热膨胀项（即线膨胀系数α的影响），才能获得纯粹的折射率温度系数。该标准的精巧之处在于详细规定了扣除热膨胀贡献的技术细节和计算修正方法，解决了干涉法测量中这一关键性的技术难点。3.2标准的主要技术内容ISO6760-2:2024标准对干涉法测量光学玻璃折射率温度系数做出了全面而系统的技术规定，其核心内容涵盖以下几个方面：（1）样品要求标准详细规定了测试样品的制备要求，包括样品的几何尺寸（通常为圆形或方形薄片）、两个光学表面的面形精度（通常要求优于λ/10）、表面粗糙度及平行度要求等。这些参数直接决定了干涉测量的精度和可靠性。标准还明确了样品应无气泡、条纹、内应力等光学不均匀性缺陷，确保测试结果反映材料本身的真实属性。（2）测试装置标准对干涉测量装置的整体架构提出了明确要求，包括：-稳频激光光源（波长稳定性要求、相干长度要求）；-干涉光路系统（推荐采用斐索型、迈克尔逊型或泰曼-格林型干涉仪配置）；-精密温控系统（温度控制精度、温度均匀性要求、温度测量不确定度）；-条纹采集与处理系统（CCD或CMOS相机、条纹分析算法）。（3）测量步骤标准规定了从样品安装、光路对准、温度设定、条纹采集到数据记录的完整操作流程，强调了每个关键环节的质量控制要求和注意事项。特别值得注意的是，标准对温度平衡时间的确定、温度变化路径的设计（升温或降温）、多温度点的选取策略等做出了具体建议，以确保测量结果的代表性和可靠性。（4）数据处理与不确定度评定这是标准最具技术深度的部分之一。标准详尽规定了干涉条纹数据的相位提取方法、折射率温度系数的计算方法、热膨胀修正的处理方式，以及测量不确定度的评定方法（遵循ISO/IECGuide98-3即GUM不确定度表示指南）。标准将测量不确定度的主要来源分解为：温度测量误差、条纹判读误差、样品厚度测量误差、波长误差、热膨胀系数误差等分量，并给出了各分量的合成方法和典型数值范围。（5）测试报告标准规定了测量报告的规范格式，要求报告应包含样品信息、测试条件、测量结果及不确定度、测试装置描述等完整信息，确保测量结果的可追溯性和互认性。3.3方法的优越性相较于传统的最小偏向角法，干涉法具有以下显著优势：1.测量灵敏度高：基于干涉原理的光程测量精度可达纳米量级乃至亚纳米量级，使得微小温度变化下的折射率变化可以被精确捕捉；2.样品尺寸要求低：干涉法可以测量尺寸较小的样品，对于新型光学材料研发阶段的小批量样品评估尤为适用；3.测量效率高：自动化程度较高的干涉测量系统可在较短时间内完成多个温度点的测量，大幅缩短测试周期；4.适用面广：对于红外光学材料、特殊玻璃等难以加工成大尺寸精密棱镜的材料，干涉法提供了可行的测试方案。4.标准制定的组织与过程4.1ISO/TC172技术委员会介绍ISO6760-2:2024由国际标准化组织光学和光子学技术委员会（ISO/TC172）负责制定和维护。ISO/TC172成立于1978年，是ISO中专门负责光学和光子学领域标准化工作的技术委员会。其工作范围涵盖光学材料、光学元件、光学仪器、光学测量方法以及光电子学等多个专业方向。TC172下设多个分技术委员会（SC），其中SC3（光学材料和元件）直接负责本标准的制定工作。ISO/TC172/SC3的核心成员包括来自德国、美国、日本、中国、英国、法国等光学技术强国的标准化专家。德国因其在光学玻璃制造领域的传统优势，在该技术委员会中具有重要的影响力。中国作为全球最大的光学元件生产和消费国之一，也派出了来自中国建材科学研究总院、中国科学院上海光学精密机械研究所等单位的专家积极参与本标准的制定工作。4.2标准制定历程ISO6760-2:2024的制定遵循了ISO标准制定的标准流程，经历了以下主要阶段：-提案阶段（NP）：由相关成员国提出新工作项目提案，阐明制定干涉法测量光学玻璃折射率温度系数国际标准的必要性和可行性；-工作组草案阶段（WD）：成立专项工作组，由召集人组织国际专家起草标准初稿；-委员会草案阶段（CD）：在SC3范围内分发委员会草案，收集各成员国意见并进行逐条处理；-国际标准草案阶段（DIS）：向全体ISO成员分发国际标准草案，进行正式投票表决；-最终国际标准草案阶段（FDIS）：对修改后的最终草案进行最终投票；-标准发布阶段：通过全部审查程序后，于2024年5月6日正式出版发布。整个制定过程历时约3至4年，期间汇集了全球光学材料研究和测试领域最顶尖专家的智慧和技术经验，充分体现了国际标准的协商一致原则。4.3主要起草单位详细介绍ISO6760-2:2024的制定过程中，德国肖特（SCHOTTAG）公司发挥了核心的技术引领和组织协调作用。作为成立于1884年的全球领先光学玻璃制造商，肖特公司拥有超过140年的光学玻璃研发和制造历史，在光学材料领域积累了极为深厚的知识和技术储备。德国肖特（SCHOTTAG）公司是全球特种玻璃和玻璃陶瓷领域的科技先锋，总部位于德国美因茨。公司产品涵盖光学玻璃、特种材料、医药包装、家用电器等多个领域，其中光学玻璃部门生产的各类冕牌玻璃、火石玻璃、低色散玻璃等百余种牌号产品，被广泛应用于半导体光刻、天文观测、医疗内窥、激光技术及车载光学等高端应用领域。在光学玻璃热光学特性表征方面，肖特公司长期保持着世界领先的技术能力和测试水平，其内部建立的干涉法测试系统经过数十年的技术迭代和验证，形成了成熟可靠的测试方法。在ISO6760-2标准的制定过程中，肖特公司的技术专家担当了工作组召集人和技术编辑等重要角色，贡献了核心的测量装置设计方案、实验验证数据以及数据处理方法学研究成果。此外，肖特公司还提供了多个牌号光学玻璃的标准样品，供国际间实验室比对试验使用，为验证标准方法的可靠性和再现性提供了关键的实验基础。除肖特公司外，标准制定过程中日本Hoya株式会社、美国康宁公司、中国成都光明光电等国际知名光学材料企业以及德国联邦物理技术研究院（PTB）等国家计量机构也积极参与了标准的起草和验证工作，为标准的全面性和科学性提供了有力保障。5.标准的意义与影响5.1技术层面的意义ISO6760-2:2024的发布填补了光学玻璃折射率温度系数干涉法测试领域的国际标准空白，具有显著的技术创新价值。该标准不仅规范了一种高精度测试方法，更重要的是建立了一个国际统一的测量基准，使不同国家、不同实验室、不同企业的测量数据具有可比性和互认性。对于光学玻璃的研发和生产者而言，该标准提供了明确的产品质量评价依据；对于光学系统设计者而言，标准化的测试方法保障了材料数据的一致性，降低了设计风险和系统不确定性。5.2产业层面的影响从产业层面来看，该标准的发布将对全球光学玻璃产业产生深远影响。一方面，光学玻璃的国际贸易将因统一测试标准的存在而更加便利，降低了技术壁垒和贸易摩擦的可能性；另一方面，标准对测量精度的明确规定也将促使各生产企业不断提升自身的质量控制水平，推动行业整体技术能力的提升。近年来，中国光学玻璃产业规模快速增长，已形成以成都光明光电、湖北新华光等为代表的一批具有国际竞争力的企业群体。该国际标准的发布实施，也为中国企业提供了对标国际先进水平、提升产品质量的标准化工具。5.3与相关标准的关系ISO6760-2:2024是ISO6760系列标准的一部分，与以下标准构成有机的标准体系：-ISO6760-1：规定最小偏向角法测定光学玻璃折射率温度系数的方法；-ISO10101系列：光学玻璃折射率精密测量相关标准；-ISO12123：光学玻璃-半成品-测试方法标准。这些标准相互配套、互为补充，共同构成了光学玻璃光学参数测量的完整标准网络，为光学材料领域的科研和生产提供了系统化的技术规范支撑。6.结论与展望ISO6760-2:2024《光学和光子学光学玻璃折射率温度系数的试验方法第2部分：干涉法》作为光学材料测试领域的国际标准，其发布标志着光学玻璃折射率温度系数测量技术的标准化进程迈上了新台阶。该标准基于成熟的光学干涉原理，融合了当代精密光学测试技术的最新成果，为全球光学行业提供了一种高精度、高效率、低样品要求的dn/dT测量方法，是ISO/TC172在国际光学标准化领域取得的又一项重要成果。未来，随着光通信、激光雷达、增强现实/虚拟现实（AR/VR）、量子光学等新兴技术领域的快速发展，对光学玻璃材料提出了更多样化、更严苛的性能要求，折射率温度系数的精确表征将在更多新的应用场景中发挥关键作用。同时，随着光纤式干涉仪、集成光学传感器、人工智能辅助条纹分析等新技术的不断涌现，干涉法测量dn/dT的技术手段也将持续演进。可以预见，ISO6760-2:2024标准的发布将激发各相关方在标准技术内容更新完善和延伸拓展方面的持续投入。建议各国标准化机构积极推动该标准在相应国家的转化应用，同时组织开展新一轮的国际比对试验，进一步验证和优化标准方法的技术指标，为下一阶段的标准修订积累数据。参考文献[1]ISO6760-2:2024,Opticsandphotonics—Testmethodfortemperaturecoefficientofrefractiveindexofopticalg