无色光学玻璃光学性能指标测试

无色光学玻璃光学性能指标测试 !竺!兰堂兰塑苎垫查塑堡堕垒茎叁?____-_-___。---_-?_-_______。_。---___--______?____-___-Il---?————————————一 一—— 无色光学玻璃光学性能指标测试 田丰贵 610051 7)(成都光明光电股份有限公司 成都 摘要:由于光学玻璃非常特殊，其质量只有通过测量才知道，如果没有先进的 检测手段，就无法知道玻璃的好坏，更谈不上新产品开发试制了(根据目前国内外用 户的需求，无色光学玻璃的光学性能指标共有十项，文中重点介绍其中八个指标的测 试技术问题( 关键词:折射率;色度:阿贝数:应力双折射光程差;应力均匀性;光学均匀性; 折射率一致性:光吸收系数;着色度;内透过率 1(折射率 1(1折射率定义 光线从空气(真空)进入玻璃，光线会发生折射，玻璃对光线的折射 率大小，就 称为玻璃的折射率，如图1所示。 一。 。y。 , (、 玻璃(驴1) 图1玻璃对光线的折射图 根据折射率定律有: (1) sina=nsinO 所以，玻璃的折射率为: (2)n=sina,sinO 1(2折射率的测试方法 目前主要有两种方法，一种是V棱镜测试方法，其原理如图2。 当仪器调好以后， 一。值是已知的，因此只要测出口角，代入公式就能算出折射率n。 2006年光学测量技术讲座及研讨会文集 图2 V棱镜测试方法示意图 (3)刀:(刀孑+sm q„丽{ 此方法为比较测量法，是与V座的折射率比较，因此必须要准确地知道no值。怎 么知道nO值呢?通常情况下是采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 块来进行标定，或者用精密测角仪测v块材料 的折射率。V棱镜法的优点是制作简单，测试速度快，精度适中(士2,士5×10„5)，价 格 便宜，适合生产企业大批量样品的快速测试。其缺点是精度不够高，不能满足高精 度玻璃折射率精读的要求。 另外一种方法就是测角仪测量的最小偏向角法。其原理如下: A 图3最小偏向角示意图 光线通过三棱镜(样品)发生折 fl等于出射角f2，则入射光线与折 射，若入射角射光线的夹角具有最小值。折射率的计算公式如下: (4)刀=s咄譬马,sin(翁 ,- „ 式中 艿——最小偏向角; 9——棱镜顶角。 该方法的优缺点正好与V棱镜相反。制样复杂要求高、测试速度慢、价格贵，不 适合生产企业大批量样品测试，但测试精度高。 13 (注意事项(1)仪器必须定期进行校验。使用一段时间以后，由于磨损等原因，仪 器的零 2006年光学涓量技术讲座及研讨会文集 位要发生改变，此时要经过校验，重新标定零位修正值。特别是更换V块以后，一定 要对仪器进行重新调校和标定，否则测出来的数据是不准的，误差肯定很大。 (2)由于玻璃对不同波长的光线折射率是不一样的，因此，测什么谱线的折射 率，就必须选相应谱线的灯。例如，,1D选钠灯，粕选氮灯，11F,nc选氢灯。 (3)样品加工角度一定要准。既要求90。角准(900士l?)，又要求不能磨斜(塔差)。 另 1(70以上玻璃，两个直角面要抛光，否则成像不清楚。外，对于折射率 (4)折射液的折射率要符合被测玻璃折射率的要求。两者之间的折射率差值不 能大子0(01。 2(色散及阿贝数 2(1色散及阿贝数定义 按国标规定: 中 Nm(Nc或?r?c 部色散定义为: 阿贝数,定义为:睁州01),(Nv-Nc) 阿贝数,定义为:,耋(?D(1),(Nr-Nc) 阿贝数圪定义为:圪=(M(I),0Vr-lVc) 2(2注意事项 (1)从以上定义可知，色散和阿贝数并不是直接测量值，而是测量值的计算值。 因此，只要测出肌，D?，坼，?c，?F，?c?，就可以算出所需要的色散和阿贝数。色 散和阿贝数的问题实际为折射率测量问题。 (2)从理论上讲，只要配方不变，尽管折射率有变化，色散一般是不会变化的。 但阿贝数是随折射率变化的，因此，二次压型厂可以不测色散，只需测量地(或^rD)， 利用合格证上提供的色散(NF-Nc)，即可计算阿贝数瞰或,)。因为二次压型厂的状 况是一、仪器误差大:二、测试人员都不是专业人员。测色散肯定误差大，所以不如 不测。 3(应力双折射光程差 3(1应力双折射光程差定义 所谓应力双折射光程差是指偏振光通过有应力的玻璃后要产生双折射现象，两束 光通过玻璃后，虽然走过的几何路程是相同的，但玻璃对这两束光的折射率是不同的， 于是就产生了光程差，此光程差就称为应力双折射光程差。 3(2测量方法 目前，应力双折射光程差均采用偏光应力仪测试，仪器光路如下: 旋转 检偏器，将干涉条纹移到测量位置，从度盘上即可直接读出总光程差。总光 程差除以玻璃厚度(cm)等于单位厚度的光程差。 2006年光学测量技术讲鏖及研讨会文集 r 『 }? I,汰I l 太I 白光光源牲口 漫射板起偏器 片 图4偏光应力仪测量示意图 3(3注意事项 (1)应力双折射光程差的单位是m'n,cITl，而不是力的单位Pa。 (2)玻璃应 力大小与应力双折射光程差大小成正比，即:光程差越大表示玻璃 内应力越大。因此，光程差是间接表示玻璃内应力大小的指标。 (3)对于 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 形状的玻璃，圆形或长方形，按国标规定测边缘5,的应力或中部 应力。但对于不规则的型料，建议采用如下方法测量:首先将仪器归零(视场全暗)， 然后将样品放入，找到最亮处(应力最大的地方)，转动检偏器，使最亮处变到最暗， 此时从度盘上读出光程差，除以该处的厚度，即为要测量的应力双折射光程差数据。 (4)由于应力受温度的影响很大，因此，样品要放入仪器室恒温一定时间，恒温时间长短视玻璃大小而定，玻璃越大，恒温时间越长;玻璃越小，恒温时间越短。 但至少要2h，因为玻璃属于不良热导体。另外，测量时一定要带手套，不要直接用手 拿玻璃。 4(应力均匀性 4(1应力均匀性定义 应力均匀性是指一块玻璃中应力分布的均匀程度。由于应力与应 力双折射光程差 呈线性比例关系，所以可采用应力双折射光程差的分布来表示玻璃的应力均匀性。应 力均匀性是大口径高精度光学玻璃的重要指标，应力均匀性不好会影响加工面形质量 (加工好的面形会变坏)。“神光X X”工程等国家重点项目对此十分重视。 42(测量方法 目前国内还未建立相应的测试方法和评判标准。但根据国外调研考察情况来看， 可采用双频激光法进行测量。测量精度可以达到士o(1nm。目前我们正在开展此项目的 研究工作，预计明年上半年我们将建立起该测试方法。 光学均匀性与折射率一致性 5(1光学均匀性及折射率一致性定义 光学均匀性是指一块玻璃中各处的折射率相对中心值的最大差值，即折射率微差 盘“瞰。折射率一致性是指一批玻璃中，每块玻璃的折射率允许偏离标准值或规定值 2006年光学测量技术讲座及研讨会文集 的范围。比如:用户要求刀=1(51680-土:50xIo-5，其中士50×10J就是该批玻璃的一致性要 求。它说明:该批玻璃的折射率规定值是1(51680，其中每块玻璃的折射率离1(51680 的差值都不能超过士50×IO,。 5(2测试方法 光学均匀性通常采用干涉仪或平行光管测量，前者为定量测试方法，后者为比较 测量法，不能定量，只能定性。 5(3注意事项 (1)光学均匀性和折射率一致性是完全不同的两个概念。前者讲的是一 块玻璃 中的折射率偏差，而后者讲一批玻璃中每块玻璃的折射率偏差。 测量折射率一致性时，样品一定要有代表性。 (2) 6(光吸收系数 6(1光吸收系数定义 光吸收系数是指白光通过玻璃中每厘米路程后光 被吸收的程度。 6(2测试方法 光吸收系数通常采用白光透过率测量仪测量。先测量出样品的白光透过率元，然后 利用式(5)即可计算出光吸收系数K。 ? 胙手H一?2卜} 式中 卜样品长度，单位cm;( 刀d——折射率; ?——白光透过率。 6(3注意事项 (1)由于光学玻璃的透光性很好、吸收很小，为了提高测量精度，样品一定要 足够长(国标规定为:lOOmm)。 (2)光吸收系数是国标规定指标，因此国内用户往往有此要求。但是，国外标 准是无此指标的，他们要求的相应指标是着色度。但值得注意的是:光吸收与着色度 却是完全不同的，不能相互代替。因此我们只能根据用户的要求选择相应的测试项目。 7(着色度 7(1着色度定义 按国外标准规定，样品的厚度为lOmm时，透过率80,对应的波长‰和透过率 5,对应的波长A 5之比A。以5就是所谓的着色度，也就是说着色度实际就是两个特殊波 长，如图4所示。 2006年光学溜量技术讲座及研讨会文集 100O ( 80(O 50(0 0 ?;{? 图4着色度定义示意图 7(2测试方法 采用分光光度计测量A80和如。通过测量透过率寻找透过率80,和5, 对应的波长 ‰和如。 7(3注意事项 (1)由于透过率与样品厚度呈负指数关系，为了统一标准和便于比较， 样品厚 度一定加工成:10-士-0(1mm。 (2)样品的两个通光面一定要抛光良好，且平行差要符 合要求，否则会影响测 试结果，或者说测试结果不能充分足够地反映玻璃真实的质量水平。 (3)选用的分光光 (物理测量用)。而不是用 度计一定要好，必须是准确定量型 相对定量型(化学分析用)。 8(内透过率 8(1内透过率定义 不包含反射损失的透过率称内透过率。如何扣除反射损失，下面介 绍三种测试方 法。 8(2测试方法 8(2(1单样品单光束测试计算法 (6)1严T L,P, (7) R=[4 n,(以+1)2]2 式中 而——内透过率: r，—— 一般透过率(实测); P;—— 反射损失系数; 2?6年光学测量技术讲座及研讨会文集 z——波长。 8(2(2双样品双光束直接测量法 将厚样品(15ram)放在测试光路中，薄样品(Smm)放在参考光路中，直接 出内透过率五。 测 8(2(3双样品单光束测量计算法 分别测量厚度不周的两快样品的一般透过率兀，死。 8(3注意事项 (1)单样品单光束测试计算法中，计算时涉及到折射率以。由于目前我 们还不能 测试任意波长的折射率，所以也就不能测试任意波长的内透过率。 (2)双样品双光束直 GB7962(12(87规定的方法。该方法是建立在 接测量法是国标 两个样品内部质量和表面加工质量完全一致的基础上。样品加工是关键，需要采用专 用夹具，使厚度不同的两块样品同时研磨、同时抛光，以达到加工面形质量的完全一 致。否则，该方法不成立。另外，对分光光度计的要求也很高，测试光路和参考光路 的光束都必须是严格的平行光。 (3)双样品单光束测量计算法是最新的测试方法。它把复杂的内透过率测试变成 了一般透过率测试。 100