晶体折射率的试验方法

晶体折射率的试验方法

国家标准 GB/T16863一1997 晶体折射率的试验方法 Methodfortesting refraetiveindexoferystals 1997-06-16发布 1997-12-01实施 国家技术监督局 发布国家标准
GB/T16863一1997 前 言 本标准根据GB/T1.1标难化工作导则,表述了在可见光范围用楼镜最小偏向角法测斌晶体折射 率的试验方法 该方法相比于其他的油浸法,临界角法,干涉法而言,要求的条伴比较容易满足,也能达 到较高的精度,但要求晶体样品的尺寸较大 本标准由科学院提出 本标准由科学院物理研究所归口 本标准起草单位,科学院物理研竞所 本标准主要起草人周菜,张道范、畅华光
国家标准 GB/T16863一1997 晶体折射率的试验方法 Methodfortesting refractiveindexofcrystals 范围 本标维规定在室温下,可见光波段范围内,用最小偏向角法测量晶体折射率的试验方法 本标准适用于晶体折射率的测试 试验方法 2.1原理 晶体按其结晶学对称性分为七个晶系 研究晶体的光学性质时,可以分为光学各向同性晶体(立方 晶系),单轴晶体(包括三方、四方,六方晶系)和双轴晶体(包括正交、单斜、三斜晶系) 各晶系的晶轴取 向与晶体的折射率椭球的主轴取向有一定关系 当光波在各向同性晶体中传播时,只存在一个折射率;当光波在单轴和双轴晶体中传播时,将发生 双折射现象 光波在晶体中的传播过程,可引入被称为折射率椭球的三维光学示性曲面来描述,在主轴 坐标系X、YZ中,它的几何表达式为 ++= 景 1 式中:n,n,n -为晶体的主折射率 对于各向同性晶体,n,=n;=n,=n;对于单轴晶体,晶体的高次对称轴选为Z轴,光轴与Z轴重合 n=n;=n.(正常光波的折射率),n,=n,(异常光波的折射率);对于双轴晶体,它的n丈刚]夫n],从几何上 说这种折射率椭球只有两个通过坐标原点的圆截面,通过原点垂直于两圆截面的两矢径方向为光轴方 向 在应用棱镜测折射率的方法中,以最小偏向角法所达到的准确度为最高 由上可知,若测光学各向 同性的晶体折射率时,只需加工一个任意取向的棱镜样品 测试单轴晶体的两个主折射率时,需加工一 个有一定取向的梭镜样品,见图1 晶体的结晶学高次对称轴,即光轴,必须位于棱镜折射棱角的等分面 内(如虚线所示) 通常为了定向和测试的方便,使高次对称轴与AA'平行或垂直 测试双轴晶体的三个 主折射率时,必须加工两个棱镜样品.对于正交晶系,两个棱镜的折射棱角的等分面,分别平行于晶体折 射率椭球的三个主截面中不相同的任意两个,则可得到三个主折射率,通常折射率椭球的主坐标轴与 AA'平行或垂直,对单斜晶系，一个梭镜的折射棱角的等分面平行于晶体的结晶学b面(010),当入射光 波矢垂直入射到棱镜内的(010)面时,可测出与主折射率n相垂直的另两个主折射率n，与n;,,为了确 定晶体的折射率椭球的主坐标轴与其晶轴取向之间的关系,还要求使梭镜的底面为晶体的结晶学 面 或a面).在切割另一个棱镜时,使晶体的结晶学b轴平行于梭镜的AA',并使晶体的结晶学(0o1)面落 在棱镜的折射棱角的等分面上,可测出n，及另一落在由n，与,构成的椭圆截面内的一折射率n'.由 n、n,和n'.可算出晶体的结晶学a轴相对于折射率主轴n的夹角 对三斜晶系,本标准从略 1997-12-01实施 国家技术监督局1997-06-16批准
GB/T16863--1997 ABYA棱镜的抛光面(即通光面);Acc'A'棱镜的抛光面(即通光面) A'y'c棱镜的底面;AA棱镜的棱柱边;e校镜的折射棱角,(' 图1单轴品体梭镜的取向 2.2最小偏向角法 图2为最小偏向角法测折射率的光路图,图中光波通过棱镜的出射方向与光波射入棱镜的方向之 间的火角叫偏向角 当光波进入棱镜入射角改变时,从棱镜射出的折射角也要改变,偏向角也随之改变 可以 证明.当入射角等于出射角时.偏向角心最小,叫最小偏向角 当处于最小偏向角位置时,棱镜内光 波矢垂直通过棱镜折射棱角的等分面,如图2所示 8 偏向角,(');a棱镜折射棱角.();i入射光波矢 的入射角.(');i出射光波矢的折射角(o)y 图2光线通过棱镜时的最小偏向角 根据折射率定义,则晶体的折射率n、a.满足如下关系 sinO.5xa土OD SinO.5又a 从试验中可测得a和d,然后计算出棱镜晶体的折射率n 仪器及用具 3.1测角仪,精度2" 3.2标准原子光谱灯和单色仪作光源 3.3用以确定光波矢的偏振面和晶体光性方位的偏光镜 样品制备 参照2.1中所述原理,根据所测量的主折射率,借助于偏光显微镜观测和x射线衍射仪定向,切 4.1 割晶体棱镜 梭镜的折射棱角a的选择主要由晶体的折射率大小来决定;同时要考虑到拥有的晶体尺寸以及所 要求测折射率的精度,通常a角在34?60"之间 晶体的晶袖定向误差应小于以下 棱镜的通光面的平面度为十分之一波长
GB/T16863 1997 4.5棱镜通光面的光诘度为光学加工标准三级 4.6棱镜的两个通光面应垂直于棱镜的底面,误差不大于30' 4.7棱镜晶体样品尺寸;底边长度约为15mm,梭柱高度约为10mm 试验步骤 开启测角仪并调整仪器水平度 5 5.2将标准平面反射镜(测角仪附件)置于样品台上,调节望远镜准直,然后取走标准平面反射镜,利用 准直好的望远镜调节平行光管和光源部分,使之形成高质量平行光 5.3用清洁剂清理样品通光面,并把样品平稳,牢固地固定在样品台上,放置30min后,调节棱镜棱柱 边平行于测角仪的主轴 5.4测量棱镜的折射棱角的度数 当光波分别入射在晶体棱镜的两个通光面时,得到的两个反射像依次投影于望远镜的十字叉丝的 中心,记下样品台转动的两次读数之差(),折射棱角a=180一("). 考虑到测角仪的机械系统误差,应改变望远镜相对于样品台不同角度的位置,重复上述测量,取多 次测量的算术平均值 5.5测量最小偏向角 5.5.1采用狭缝和不同波长的单色光被,当自平行光管发出的单色平行光波入射到棱镜的一个通光面 时,可在另一通光面后用望远镜观察到两个偏向角不同的折射光,当棱镜位于最小偏向角位置时,用偏 光镜可测定两个折射光的偏振方向 它们分别平行或垂直于晶体的一个折射率主铀方向 5.5.2测定偏振方向平行于折射率主轴方向(一般为AA')的光束的最小偏向角 当转动样品台时,可发现这一折射光束向棱镜顶角方向偏转,当发现这光束到达某个偏向位置后会 向相反方向偏转时,此时为最小偏向角的位置 将样品台固定在该转折点位置,用望远镜中十字叉丝中 心对准该光束像,记下望远镜的读数 旋转样品台,使棱镜的另个通光面作为入射面,重复上述步骤,记下另一个最小偏向角的位置时 相对应的望远镜的读数 这两个读数差值的一半,即为最小偏向角心值 5.5.3测定偏振方向垂直于折射率主轴方向的光束的最小偏向角 重复5.5.2中的步骤,求得这一折射光束所对应的最小偏向角 5.5.4对于双轴晶体,应换另一个棱镜作同样的试验,以求得不同波长时的三个主折射率 上述试验过程中,每个数据最少测量三次,取算术平均值得到值后,用公式(2)得到不同波长的主 折射率 5.6用最小二乘方方法将测量出不同波长下的主折射率ni,n,n,值分别作塞尔迈尔(Sellneier)色散 方程拟合,求出方程中各系数A,B,,C,,D,,从而可得出折射率色散曲线 B,入3 n=A，十 D,术 (i=1,2,3 3 在公布结果时,必须指明试验温度 试验误差 本标准用最小偏向角法测出的不同波长的折射率精度可达到土2×10-