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光学玻璃主要光学性能测量
第二章光学玻璃主要光学性能测量
光学玻璃按折射率、色散系数对标准数值的允差分6类,同类玻璃中按折射率及色散的最大
差值、一致性分4级。
此外影响光学玻璃质量的指标还有光学均匀性、双折射、条纹度、气泡度、光吸收系数、耐辐射性能等。
最重要的是折射率及色散双折射。
§2-1光学玻璃折射率与色散的测量
一、折射率的定义
光在真空中传播的速度与在介质中的传播速度之比
二、测量折射率的方法
测量光学玻璃常用的方法主要是以折射定律和反射定率在特定条件下的应用如V棱镜法、
最小偏向角法、全反射临界角法、自准直法、直角照射法等
二、色散
—1
色散系数.;「工D部分色散-门c,nF-等只要对测量样品测出不同波长的单色
g讥
光折射率就可得到。
§2-1-1V棱镜法
一、测量原理
解得
n=(no士sin日fn;—sin2日)12
二、测量装置及方法
1、测量装置
V棱镜折光仪如图有平行光管、对准望远系统、读数显微系统和标准V块组成
2、方法
1定零位
在和V块折射率相同的标准块上涂上相近浸液然后放入V块,转动望远系统使之瞄准平
行光管狭缝的像,此时读数显微镜的读数应为零,如不为零记下读数
2换上被测试样(上面也涂有浸液),转动望远系统使之重新瞄准平行光管狭缝象记下
读数两次读数之差为-
3根据'值查表求n
三、误差分析
;n2
⑴丿
.:
nn°
亠+
创0n2(n2-n02)
.:
nsin2v(n°2—2sin2v)
同4n(n2-n。
2)
二n0用精密测角仪测定,其误差不大于
510"6
二的标准偏差为
厂2r12■-2;:
;
-1望远镜的对准误差-1
5
±—
r
二2读盘格值标准偏差为
3
:
二3读数显微镜的读数标准偏差
二31
500:
=±
-M
5006
0.4
58125
2ax
20.073、
3438単)
--2;「i二;2;爲二..2123220.42二3.4二1.610(rad)
将二nC对弋入
设n0=1.6475月=_15°,n=1.51431,则空〕=0.5「空]=1.0
住丿1肌丿
J二.0.25122.650.5210』二110-5
四、注意事项(其他影响精度的因素)
1、平行光管光束高于V棱镜槽下尖端,平行光管光轴通过度盘转轴。
2、V棱镜角度要求45°=1,90°=10
3、浸液和被测试样直角误差厶9O0=-1肿n=-0.015按体积比法配置浸液
V1_n2_nL
V2nL-r^
4、零位要求平行光管光轴对于V棱镜入射面垂直度-0.3,测量时应保证度盘零位误差
小于一0.3
5、样品折射率受温度影响空气折射率受温度、气压、湿度等影响如果不是在标准条件下必须对其进行修正
测量时要求温度20°_2°,气压po=1O1325二500Pa湿度fo=1.333KPa如超出要进
行修正
(1)样品折射率的修正
ntJt_20)
■nt样品折射率随温度变化的修正量
1折射率温度系数:
温度每升高一摄氏度折射率的增长值
t测量环境的温度
(2)空气折射率的修正
(n-1)tp
P(n-1)15
96095.43
1-10*(0.601-0.00972t)P
10.00366610t
0亠
P气压Pa,t空气温度C,
压强101325Pa、温度15摄氏度时
(n-1)15二[8343.052406294(130-二2)」15999(38.9-二2)‘]10*
空气折射率与湿度的关系
ntpf二ntp-f(5.722-0.457;「2)10’
空气折射率和CO2含量的关系
(n-1)x二[10.540(X-0.0003](n-1)
-真空中波数-1/-0单位1A-m
f水蒸气气压
XCO2在空气中含量
五、优缺点
优点
精度咼(1〜2)"0°
测量范围广n=±2.0
零件不用抛光
缺点
浸液要求高配置周期长
仪器较贵重
§2-1-2最小偏向角法
一、测量原理
rr
i2-i2
ii
sinh=nsini1
6NW
sin二nsin—
22
5+6sin—
2
甲
sin
2
、测量方法及装置
1、装置
精密测角仪
2、方法
(1)平行光管和望远镜调校于无穷远且垂直于转轴
(2)调工作台使棱镜A棱垂直于平行光管光轴平行光管狭缝平行于A棱
(3)测
(4)测:
望远镜光轴平行于平行光管光轴十记度盘读数al转动度盘找到最小
偏向角位置记下读数a2则:
二a2-a
(5)更换光源测出不同波长的最小偏向角
三、误差分析
-:
n
c5
5
sin
2
2:
2sin2
2
®+6
COS—
2_
申
2sin
2
’大精度提高但‘大入射角大光能损失大视场变暗瞄准精度降低且棱镜尺寸大故
=40~60
当=600,n=1.6时则:
=46°
:
n
d
sin-
22「0.782sin—
2
.:
n
甲+6
cos—
2
=0.6
2sin
2
=_(0.360.61)2510」2=_510』
精度(3〜5)10$
四、注意事项
(1)玻璃应力、条纹均匀性气泡度要求好表面光圈小于四分之一光圈棱镜工作面边长不小
于25毫米
(2)温度气压修正
五、优缺点
1、优点:
精度高、测量范围广、不需折射液不用标准块
2、缺点:
仪器较贵重、被测件材料加工要求严格要抛光、操作复杂麻烦速度低
§2-2光学玻璃的双折射测量
§2-2-1应力与双折射
光学玻璃在退火过程中中心和边缘不可避免的温度差产生应力,应力使玻璃有各向同性变成
各向异性产生双折射,通常以1CM厚的玻璃O光和E光产生的光程差来表示
n。
-ne
匚(nm)
d(mm)
类
最大光程差
1.
2
2.
6
3.
10
4.
20
5.
50
般分5级
§2-2-2简易偏光仪法精度(20-50)nm/cm
自然光经pl后变为线偏振光A=acost
*[Ax广acosctcos^t:
玻璃无应力时为圆偏振光
Ay二acos,tsin:
经被测玻璃后由于玻璃存在应力线偏振光变成椭圆偏振光
Ax=acosacoscct
Ay=asin:
cos(tJ
当〉二45°时
Ay
亍。
j
acos(t)
经P2后
Ay—
-acos.t
2
.2
2
、2
1acost
2
1
acos(,t:
;;‘:
「)
2
当®=—(n°-ne)d」
■/:
Fo-ne)d
」(N+丄)入亮
2
N■二暗
用白光照明出现色带
§2-2-3全波片法精度6—10nm
当光程差小于300nm时色序变化不大故用全波片法
Axacost
2
1
Ay
acos(t2「:
z)
§2-2-31/4波片法3nm
另a=1经P1
A=cost
经被测玻璃
Axcost
2
I
‘V2汁
Aycos(t)
经1/4波片
v'21卅®®
Ax0(Ax—Ay)[cos,t—cos(,t」)]=sinsin(・t)
2222
Ji
.21--:
-幕
Ay。
(AxAy)[costcos(tJ]二coscos(t)--coscossin(,t)
2222222
经P2时只有Axo能通过看到因「引起的干涉条纹为找到最大应力方向转动P2至P2
Ap2二Ax0cosAy。
sin
(PCPCP护料
=sinsin(,t)cos-cossin(,t)sin
2222
=sin(,t)(sincos—cos—sin)
222
-sin(,t)sin()
22
当时AP2=0为暗条纹
2
所以
:
=—(n。
-ne)d
扎
一ne
=-(n。
-ne)d
no
若条纹多于一条,则上式表示中心条纹和最靠近他的条纹的no-ne而总的
no-ne=(N■)/d
n
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