ISO 21395-22022 光学和光子学.光学玻璃折射率的试验方法.第2部分V形块折射计法标准立项发展报告

光学和光子学光学玻璃折射率的试验方法第2部分：V形块折射计法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:OpticsandPhotonics—TestMethodforRefractiveIndexofOpticalGlasses—Part2:V-blockRefractometerMethod摘要关键词：光学玻璃；折射率；V形块折射计法；国际标准；光学和光子学；测试方法Keywords:Opticalglass;Refractiveindex;V-blockrefractometermethod;Internationalstandard;Opticsandphotonics;Testmethod一、引言折射率是光学玻璃最为核心的性能参数之一，它决定了光在介质中的传播速度和传播方向，直接影响透镜、棱镜等光学元件的焦距、像差和成像质量。在光学设计、玻璃牌号选择、质量检验及工艺控制等全产业链环节中，精确可靠的折射率数据是不可或缺的基础依据。随着高端光学系统对成像质量要求的不断提升，光学玻璃折射率的测量精度要求已从传统的10⁻⁴量级提升至10⁻⁵乃至10⁻⁶量级，对测量方法的标准化提出了更为严格的要求。V形块折射计法（V-blockrefractometermethod）作为光学玻璃折射率测量的经典方法之一，因其测量精度高、操作相对简便、样品制备要求适中，在光学玻璃生产企业、科研院所及质量检测机构中得到了广泛应用。然而，长期以来，该方法的相关技术要求分散于不同国家和地区的标准文件中，在测量条件、仪器校准、数据处理等环节存在不同程度的差异，导致不同实验室间的测量结果缺乏充分的可比性。为应对上述挑战，国际标准化组织ISO/TC172“光学和光子学”技术委员会组织开展了一系列光学玻璃试验方法的国际标准制定工作，ISO21395系列标准应运而生。其中，ISO21395-2:2022作为该系列标准的第二部分，专注于V形块折射计法的标准化规范，于2022年2月22日正式发布。二、标准立项背景与编制历程2.1国内外相关标准现状在ISO21395-2:2022发布之前，光学玻璃折射率的测量方法在国际层面主要参考ISO12123:2010《光学和光子学光学玻璃折射率测量规程》中的相关内容。然而，ISO12123涵盖了多种折射率测量方法，包括最小偏向角法、V形块折射计法、浸液法等，每种方法的技术细节和适用条件差异显著，统一纳入一个标准文件中导致篇幅庞大、结构复杂，不利于各方法技术内容的深入展开和后续修订更新。在国家层面，中国于2019年发布了GB/T38255-2019《光学玻璃折射率的测试方法》，该标准参照了ISO12123的框架，同样涵盖了多种测试方法。美国材料与试验协会（ASTM）则颁布了ASTMF608标准，针对光学玻璃折射率的测量提供了V形块折射计法的具体技术规范。日本工业标准JISB7071中亦包含折射率测量的相关内容。各标准之间在测量波长范围、试样尺寸要求、折射液折射率匹配原则、结果计算精度等方面存在一定差异。2.2标准编制的必要性随着光学技术的快速发展，特别是精密光学制造、深紫外光刻、空间光学遥感等尖端领域对光学玻璃折射率测量精度和一致性提出了前所未有的高要求，建立统一的国际标准成为行业迫切需求。具体而言：1.促进国际贸易与技术交流：光学玻璃作为全球贸易的重要商品，统一折射率测量标准有助于消除技术壁垒，促进国际间的商品流通与技术合作。2.提升测量结果的可比性：不同实验室、不同仪器、不同操作人员之间的测量结果若缺乏统一的技术依据，将严重影响质量判定和产品验收的公平性与可靠性。3.适应新材料新工艺的发展需求：新型光学玻璃品种不断涌现，特殊色散玻璃、低膨胀微晶玻璃等对折射率测量的波长范围、精度要求提出了新的挑战，需要与时俱进的标准规范。2.3编制历程ISO21395-2的编制工作由ISO/TC172/SC3“光学材料和元件”分技术委员会负责，历经工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段。编制过程中，来自中国、德国、日本、美国、英国等主要光学产业国家的专家积极参与，就V形块折射计的几何参数、角度测量精度、折射液选择原则、温度控制要求及不确定度评估方法等技术议题进行了深入研讨。经过多轮技术论证和意见征集，该标准最终于2022年2月22日正式发布。三、标准主要技术内容解析3.1适用范围与基本框架ISO21395-2:2022适用于采用V形块折射计法测量光学玻璃折射率的过程规范和结果评估。标准明确了V形块折射计法的基本原理：将待测玻璃试样置于已知折射率的V形块中，在试样与V形块之间填充折射率匹配液，通过测量光线经过试样-折射液-V形块界面后的偏折角度，结合V形块已知的顶角参数和折射率，通过几何光学关系计算出待测试样的折射率。标准的主体框架包括：规范性引用文件、术语和定义、测试原理、仪器设备要求、试样制备、测试程序、结果计算、测量不确定度评估、试验报告等章节，内容完整、层次清晰，具有良好的可操作性。3.2V形块折射计法的技术要点折射液匹配原则：折射液的折射率需与待测玻璃的折射率相近，以减少折射液与试样界面处的折射偏折，降低测量误差。标准给出了折射液选择的具体指导原则，要求折射液在测试波长下具有良好的透明度与化学稳定性。测量条件控制：温度对折射率测量具有显著影响，标准要求测试环境温度控制在（20±2）℃范围内，并对温度波动提出了不超过±0.5℃的严格要求。此外，对测试暗室环境、光源稳定性等辅助条件也提出了相应要求。角度测量精度：V形块折射计法的测量精度在很大程度上取决于偏折角度的测量精度，标准对不同折射率测量精度等级下的角度测量不确定度提出了分档要求，为不同应用场景提供了灵活的精度选择空间。3.3测量不确定度评估标准引入测量不确定度评定的系统方法，要求实验室按照ISO/IECGuide98-3（GUM）推荐的框架进行不确定度评定。标准中列举了影响折射率测量结果的主要不确定度来源，包括：V形块折射率标定误差、角度测量误差、温度偏差引起的折射率变化、折射率匹配液折射率偏差及仪器对准误差等。通过不确定度分量的量化与合成，最终给出扩展不确定度（k=2）的评定结果。四、标准的主要技术特点与创新4.1首次以独立部分方式系统规范V形块折射计法ISO21395-2:2022的突出贡献在于首次以分标准的形式将V形块折射计法从综合性的折射率测量标准中独立出来，形成了专门的技术规范文件。这一结构调整使得V形块折射计法的技术内容得到了更为充分和深入的阐述，包括仪器结构参数、校准方法、环境影响控制等细节均获得了更为细致的规范。4.2建立分档精度体系标准根据不同的应用需求，建立了折射率测量的分档精度体系。针对光学设计阶段的高精度需求、生产过程中的常规检验需求以及教学演示等定性分析需求，分别给出了相应的测量精度要求和操作规范，使标准具有更广泛的适用性和灵活性。4.3强化不确定度评估要求相比此前版本的标准，ISO21395-2:2022显著强化了测量不确定度评估的相关要求，将不确定度评估从可选的参考内容提升为规范性的必备内容，并与国际通行的GUM不确定度评定框架全面接轨。这一变化反映了现代计量学发展的趋势，也提升了标准的技术含量与学术水平。4.4兼顾多种光学玻璃类型标准在技术内容的编排上充分考虑了不同折射率范围、不同色散特性光学玻璃的测量需求，对低折射率氟冕玻璃、中折射率冕玻璃及高折射率重火石玻璃等不同类型玻璃的测量注意事项给出了专门的技术说明，为实际应用提供了更具针对性的指导。五、主要编制单位介绍5.1中国建筑材料科学研究总院有限公司中国建筑材料科学研究总院有限公司（以下简称“中国建材总院”）是ISO21395-2:2022编制工作中我国的核心参与单位之一。该院成立于1950年，是中国建筑材料与无机非金属材料领域规模最大、综合实力最强的国家级科研机构之一。六十余年来，中国建材总院始终致力于光学玻璃、特种玻璃及先进无机材料的基础研究与应用开发，在光学玻璃成分设计、熔制工艺、性能表征及标准化研究方面积累了深厚的学术积淀和丰富的工程实践经验。在折射率测量技术领域，中国建材总院建有高精度光学玻璃折射率测量实验室，配备有精密V形块折射计、最小偏向角法精密测角仪等先进测量装置，测量精度达到±3×10⁻⁶水平，在国内处于领先地位。该实验室长期承担着光学玻璃折射率国家标准物质（标准玻璃样块）的研制与量值传递工作，为国家光学玻璃产业的质量保障提供了重要的计量技术支撑。在标准化工作方面，中国建材总院是全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103）的副主任委员单位和全国玻璃行业标准化技术归口单位，主持和参与了数十项光学玻璃领域国际标准、国家标准和行业标准的制修订工作。在ISO21395-2:2022的编制过程中，中国建材总院的专家团队基于我国光学玻璃产业的实际需求和技术积累，在V形块折射计的几何参数优化、折射液匹配原则及温度影响修正等方面提出了多项具有建设性的技术提案，多项技术建议被国际标准采纳，充分体现了我国在光学玻璃测量技术领域的科研实力和国际影响力。5.2其他主要参编单位除中国建材总院外，国内还有中国计量科学研究院、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、成都光明光电股份有限公司等多家科研院所和企业参与了标准的对口研究工作，为标准的编制提供了有力支持。中国计量科学研究院作为国家最高计量技术机构，在折射率量值溯源与不确定度评估方法方面给予了关键技术支撑。成都光明光电股份有限公司作为国内最大的光学玻璃生产企业之一，从产业应用角度为标准的实用性和可操作性提供了宝贵的第一手数据。六、标准实施的意义与展望6.2支撑高端光学系统研制高端光学系统的设计依赖于高精度的光学玻璃折射率数据。ISO21395-2:2022通过规范化的测量程序和不确定度评估要求，保障了折射率数据的可靠性和可追溯性，为深紫外光刻物镜、空间相机、激光聚变装置等高精尖光学系统的设计仿真和工程实现提供了可靠的数据基础。6.3促进我国标准与国际标准深度融合ISO21395-2:2022的发布也为我国光学玻璃领域标准的国际化发展提供了重要契机。我国已建立GB/T38255-2019《光学玻璃折射率的测试方法》国家标准，下一步应以国际标准为参照，系统审视和完善我国标准体系，在保证我国国情适配性的基础上，进一步提升我国标准与国际标准的技术一致性，为我国光学玻璃产品的国际竞争力提供标准化支撑。七、结论ISO21395-2:2022《光学和光子学光学玻璃折射率的试验方法第2部分：V形块折射计法》的正式发布，是光学玻璃折射率测量领域国际标准化工作的重要里程碑。该标准以独立部分的形式系统规范了V形块折射计法的技术要求和操作流程，构建了涵盖测量原理、仪器条件、试样要求、测试程序、数据处理及不确定度评估的全链条技术规范，具有方法体系完整、技术内容先进、精度分档合理、操作指导性强等突出特点。本标准的发布实施对于消除全球范围内光学玻璃折射率测量方法差异、提升测量结果的一致性和可靠性、促进光学玻璃国际贸易和技术交流具有重要的现实意义。同时，该标准也为精密光学制造、空间光学技术、激光与光通信等前沿领域提供了高精度的光学参数测量依据，对于推动全球光学技术进步和产业升级具有深远影响。参考文献[1]ISO21395-2:2022,Opticsandphotonics—Testmethodforrefractiveindexofopticalglasses—Part2:V-blockrefractometermethod[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[2]ISO12123:2010,Opticsandphotonics—Opticalglass—Refractiveindexmeasurementprocedure[S].Geneva:InternationalOrgan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