1、第二章 光学玻璃主要光学性能测量,长春理工大学光电工程学院 牟达,光学材料,光学玻璃,微晶玻璃,光学晶体,光学塑料,无色光学玻璃,有色光学玻璃,特种光学玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,光学玻璃和普通玻璃之间的主要区别是，光学玻璃具有： 高度的透明性； 物理及化学上的高度均匀性； 特定和精确的光学常数。,长春理工大学光电工程学院 牟达,第二章 光学玻璃主要光学性能测量,折射率 色散系数 双折射 光学均匀性 条纹度 气泡度 光吸收系数 耐辐射性能,光学特性参数光学玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,折射率 绝对折射率： n = c/v 相对折射率： n21 = n2/n1通常所讲的介质的折
2、射率是介质相对于空气的折射率。每种光学玻璃，对不同波长的光线都规定有标准的折射率数值。我国标准规定的主折射率是指光学玻璃对钠光d谱线（波长0.5876m，黄绿光）的折射率，用符号nd表示。,长春理工大学光电工程学院 牟达,色散色散表示光学玻璃对不同波长的光具有不同的折射率。 色散系数：通常度量光学玻璃的色散力用能色散系数（又称阿贝数） 表示 ： 值愈大，色散作用愈小。,长春理工大学光电工程学院 牟达,应力双折射 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，又称残余应力。应力使玻璃由各向同性变成各向异性产生双折射。 当一束单色光在各向异性晶体的界面折射时，一般可以产生两束折射光，这种
3、现象叫做双折射。两束折射光线中，有一束总是遵守折射定律，即不论入射光束的方位如何，这束折射光线总是在入射面内，并且折射角的正弦与入射角的正弦之比等于常数，这束折射光称为寻常光，即我们常说的o光。另一束折射光则不遵守折射定律，一般情形下，即使入射角为零，折射角也不为零，而且这束折射光往往不在入射面内。因此称它为非常光，即我们常说的e光。,长春理工大学光电工程学院 牟达,光学均匀性 光学玻璃的光学均匀性是指同一块玻璃中， 各部分折射率变化的不均匀程度。 存在光学不均匀性的光学玻璃，其折射率变化是渐变的。因此，不能用折射仪测定光学玻璃的光学均匀性，而是将被测件两端抛光，置于平行光管与望远镜之间，测出
4、玻璃最小鉴别角，再将与平行光管理论鉴别角0相比来判别光学均匀性的大小。,长春理工大学光电工程学院 牟达,条纹度和气泡度 条纹是由于玻璃内部的化学成分不均匀所产生的局部缺陷，缺陷处的折射率不同于主体的折射率。 玻璃中的气泡是玻璃在熔炼过程中，气体来不及逸出所致。 条纹和气泡会造成光线的散射、折射和使波面变形。可以说所有能用肉眼观察的条纹都是有害的，特别是对小尺寸目镜的危害更大。对大尺寸物镜，由于个别粗条纹所占面积不大，故其影响较小。一般来说，大面积的密集细条纹比粗条纹更为有害。,长春理工大学光电工程学院 牟达,光吸收系数 光学系统成像的亮度与玻璃的透明度成比例关系。光学玻璃对某一波长光线的透明度
5、，以光吸收系数E表示，E表示白光通过1cm厚的玻璃所吸收的光通量与进入该玻璃光通量之比。 通过提高玻璃原料的纯度，严格控制熔炼过程中混入的着色性杂质，一般可以使玻璃的光吸收系数小于0.015。,长春理工大学光电工程学院 牟达,耐辐射性能 耐辐射光学玻璃的命名，是在原有无色玻璃牌号上，根据耐辐射量大小，在右下角附上相应牌号。例如，K509，它具有的耐辐射能力为 伦琴，而且还保持K9玻璃的光学常数和其它性质。,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.1光学玻璃折射率和色散的测量,最小偏向角法V棱镜法阿贝折光仪法（全反射临界角法）直角法,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.1.1 最小偏向角法,一、测量
6、原理二、测量装置三、测量步骤 四、误差分析五、注意事项六、优缺点七、最小偏向角法的自动测量装置简介八、二倍最小偏向角,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,1、最小偏向角法 如图所示，单色平行光的入射光与出射光的夹角为偏向角，为棱镜的顶角，入射角为i1，出射角为i2，则当i1=i2 （ i1= i2；）时偏向角最小，称为最小偏向角，则 i1= i2 = /2 =2 i1- ,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,由折射定律得， sin i1=nsini1 ,长春理工大学光电工程学院 牟达,2、棱镜顶角的测量 在测量时，把待检棱镜放在载物台上，调节载物台和自准直望远镜，使望远镜对
7、构成棱镜顶角 的两个面都达到自准直，由读数系统读出每次自准时的角度值1和2，则顶角,一、测量原理,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量装置,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量装置,平行光管,载物台,对准望远镜,自准直目镜,测微器手轮,度盘,基座,主轴轴系,复合式读数系统,读数系统目镜,长春理工大学光电工程学院 牟达,1、精密测角仪在使用前应做的调整测角仪主轴处于铅垂位置，同时使装有自准直前置镜的转动臂处于重力平衡状态。为了消除由于视差而产生的测角过程中的对准误差，自准直前置镜和平行光管必须消视差。自准直前置镜视轴垂直于主轴的调节。调整平行光管视轴与自准直前置镜视轴平行。2、棱镜顶角的
8、测量,三、测量步骤,长春理工大学光电工程学院 牟达,3、最小偏向角的测量 为了确定最小偏向角，必须首先确定按最小偏向角方向出射的光线位置。用单色光照明平行光管分划板，则平行光经棱镜偏折一角度，用望远镜瞄准分划像。慢慢转动载物台，望远镜跟踪分划像也慢慢转动，直至分划像刚欲往反方向转动的出射光线的位置，就是以最小偏向角射出的位置。用望远镜瞄准该位置的分划像，并从读数系统中读出角度1，取下棱镜，再使望远镜直接对准平行光管分划像，记下对应角度值2，则最小偏向角为,三、测量步骤,长春理工大学光电工程学院 牟达,折射率测量的标准偏差为：其中 ，,四 、 误差分析,长春理工大学光电工程学院 牟达,当用精密测
9、角仪测量时，最小偏向角的测量标准偏差为： 式中， 望远镜的对准误差； 度盘刻度标准偏差； 读数显微镜的读数标准偏差。 顶角测量标准偏差 与 大致类同。,四 、 误差分析,长春理工大学光电工程学院 牟达,五 、影响测量精度的因素和注意事项,最小偏向角法测折射率的精度主要取决于测角仪的精度。若测角标准偏差不大于1，则折射率测量的标准偏差不大于 。测角仪的最高精度可达0.1和0.2，高精度的使用起来麻烦，需认真仔细调整，多次重复测量，取得的平均值才能真正反映出仪器精度。最小偏向角法常用于测定光学玻璃的标准折射率，如测量V棱镜折光仪中V棱镜的折射率。所以对测量环境的要求高于V棱镜。当测试环境偏离标准条
10、件时，同V棱镜测量一样，需进行温度气压修正。,长春理工大学光电工程学院 牟达,五 、影响测量精度的因素和注意事项,仪器精度一定，顶角增大，折射率误差将减小。顶角过大，入射和出射光线与棱镜表面的夹角将减小，光能损失大，视场变暗，瞄准精度降低。顶角还受到折射临界角的限制。当顶角大于折射临界角的2倍时，就已经无法测量。另一方面，顶角过大，为保证一定的通光口径以避免降低望远镜的分辨率，将不得不增加试样的体积而增加了材料的消耗。 所以说被测棱镜的顶角可在4060之间。被测试样折射率大时，顶角可选小一些。被测试样测前需在200.5C，相对湿度小于75%环境中等温12小时以上。,长春理工大学光电工程学院 牟
11、达,五 、影响测量精度的因素和注意事项,被测试样两个折射面要抛光，对平面度也有一定的要求。不然影响平行光管分划线通过棱镜后的成像清晰度。被测棱镜最好做成等腰直角三角形，被测棱镜工作面边长不小于25毫米。为达到上述测试精度，要求待测件的材料：均匀性：实际分辨率与理论分辨率之比为1.0。条纹：所占体积小于棱镜体积0.3%。无气泡。应力双折射：双折射不大于6m/cm。工作面要求面形误差小于四分之一光圈。,长春理工大学光电工程学院 牟达,优点：精度高、测量范围广、不需折射液 不用标准块。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。,六 、 优缺点,长春理工大学光电工程学院 牟达,七
12、、二倍最小偏向角,准平行光束一次从棱镜AB面入射，另一次从AC面入射，这两次光束都以最小偏向角方向射出棱镜。从度盘上分别读得读数1和2，两读数之差（21）即为二倍最小偏小角。,度盘,平行光管,自准直前置镜,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.1.2 V棱镜法,一、测量原理二、测量装置三、测量方法四、误差分析五、注意事项六、优缺点,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.1.2 V棱镜法,一、测量原理 V棱镜法测量精度高、速度快、范围大，该方法是由仪器的标准块是一个V型棱镜而得名。 所谓V棱镜，是一个带有“V”形缺口的组合棱镜，它由两个材料完全相同的直角棱镜组合而成。V形缺口的张角为90。,长春理工
13、大学光电工程学院 牟达,E,D,H,G,F,n0,n,nn0,一、测量原理,n0,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.1.1 V棱镜法,一、测量原理 被测样品磨出两个夹角为90 的平面，把它放在V棱镜的V形缺口处。若过被检玻璃折射率n与V棱镜折射率n0完全相同，则出射光不发生任何偏折地从GH面射出。若n与n0不相等，则出射光相对入射光有一偏折角。测量偏折角，可求得被测样品对照明单色光的折射率。,长春理工大学光电工程学院 牟达,设在EF面的出射光线对入射光线的偏折角为，在GF面出射光线对入射光线的偏折角为，在GF面出射光线对入射光线的偏折角为。,一、测量原理,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、
14、测量原理,nn0,EF面:,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,nn0,GF面:,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,nn0,GH面:,长春理工大学光电工程学院 牟达,EF面:GF面：GH面：联合解得：,一、测量原理,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量装置,对准望远镜,准直系统,精密测角系统,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量装置,长春理工大学光电工程学院 牟达,准直系统由平行光管及照明装置组成， 给出垂直射向V棱镜的单色平行光。,二、测量装置,长春理工大学光电工程学院 牟达,对准望远镜可绕度盘主轴转动，其分划板上刻
15、有平行的双线，作为瞄准线，以便与平行光管分划板的刻线构成两线夹一线的对准精度较高的瞄准方式。,二、测量装置,长春理工大学光电工程学院 牟达,精密测角系统由度盘及其照明系统和显微系统组成。由于对准望远镜在瞄准时带动度盘一起转动，故通过读数显微镜可读出偏折角的值。,二、测量装置,长春理工大学光电工程学院 牟达,三、测量方法,选择V棱镜。对准望远镜的转动范围有限，为了使出射V棱镜的光束不致偏出瞄准系统的转动范围，样品的折射率与选定的V棱镜的折射率偏差不应大于0.2。调零。将与V棱镜折射率相同的标准块涂上与之折射率相近的折射液，仔细贴置于V形缺口内并排除气泡。转动望远系统使之瞄准平行光管狭缝的像，此时
16、读数显微镜的读数应为零，如不为零记下读数，作为零位修正值。,长春理工大学光电工程学院 牟达,三、测量方法,换上被测试样，同样也要在试样和V棱镜之间加上配好的折射液。转动望远系统使之重新瞄准平行光管刻线的象，记下读数，经零位修正值修正后，才为所要测得的 角。记录实验数据，并对实验数据进行处理。确定出射光线的偏折方向，并确定求折射率公式的正负号。若要获得被测试样的色散，需更换单色光源，得到被测试样对不同单色光的折射率，并求得色散值。,长春理工大学光电工程学院 牟达,四、误差分析,折射率测量的标准偏差为 n0 V棱镜折射率n0的测量标准偏差 偏折角的标准偏差,长春理工大学光电工程学院 牟达,四、误差
17、分析,由可得，,长春理工大学光电工程学院 牟达,四、误差分析,角的标准偏差为：1望远镜的对准误差，由式 决定， 约为12度盘格值标准误差，约为33读数显微镜的读数标准偏差，约为2 可控制在1.510-5弧度范围内 n0用精密测角仪测定，其误差不大于510-6 。对应的n 可达到(12)10-5,长春理工大学光电工程学院 牟达,五、注意事项（影响精度的因素）,对被测试样的要求选看不到条纹和气泡的玻璃，边长为15mm的立方体；两直角面细磨，试样的直角误差应小于1。 为了简化试样的制备工作，可采用一对试样法。单个试样的直角误差不大于5，两试样的直角之和应为180。,长春理工大学光电工程学院 牟达,五
18、、注意事项（影响精度的因素）,对被测试样的要求：制备方法如下：用同一待检玻璃制成两块偏差不大于5的直角样品，先细磨好样品的第一个工作面，再将其胶合在一起细磨第二个工作面，平角的误差不大于30 。这样用这两个样品分别测得的折射率取平均值作为测量结果，就可以得到较高的测量精度。,长春理工大学光电工程学院 牟达,对折射液的要求一般使折射液折射率与试样折射率之差nnL n1； V1 ，V2两种液体的体积。,五、注意事项（影响精度的因素）,长春理工大学光电工程学院 牟达,V棱镜角度要求 。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。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
19、应保证度盘零位误差小于0.3 。为了使出射V棱镜的光束不致偏出瞄准系统的转动范围，样品的折射率与选定的V棱镜的折射率偏差不能太大，一般两者之差不应大于 0.2。,五、注意事项（影响精度的因素）,长春理工大学光电工程学院 牟达,因为所测折射率是指试样相对空气折射率而言的，而空气折射率受空气的温度、压力、湿度、以及CO2的含量的影响。故测量时要求温度t0=20，气压p0=101.3kPa，湿度f0=1.333kPa，如超出这个条件必须对所测折射率进行修正。其中，修正分为对样品折射率的修正和对空气折射率的修正。,五、注意事项（影响精度的因素）,长春理工大学光电工程学院 牟达,六、优缺点,优点精度高
20、测量范围广 n=1.31.9被测件不用抛光缺点折射液要求高、配置周期长仪器较贵重,长春理工大学光电工程学院 牟达,已知V棱镜的折射率，望远镜 ，夹线对准；读数显微放大倍率 ，度盘直径 ，度盘格值误差 ，光线向下偏折 ，,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.1.3全反射临界角法,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,所谓临界角法 是将被测样品与已知折射率的折射棱镜紧贴在一起，根据全反射临界角求得样品的折射率。,被测样品,折射棱镜,C,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,被测玻璃样品磨成具有大致成直角的两个平面，一面抛光，另一面只需精磨。将样品放在作为标准块的棱镜上，用折射液使样品的抛光
21、面和棱镜的上表面很好接触。,被测样品,折射棱镜,C,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,用单色漫射光照明样品的精磨面，当光线沿AC面入射时，折射角I0刚好满足全反射临界角 ，即以掠射方式进入样品的光线，折射后以全反射临界角I0进入标准棱镜，并以角出射。,被测样品,折射棱镜,C,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,由于光线PR与临界光线对应，因此出射光线只能分布在光线PR的同侧，而PR就是出射光的边界。在用来接收出射光的望远镜视场中，它形成明暗两部分的分界线，瞄准这一分界线，就确定了光线PR的方向，就起到了标定的作用。,被测样品,折射棱镜,B,C,长春理工大学光电工程学院 牟达,（a
22、）图中，n较接近n0没小多少时 n= sinA(n02-sin2) 1/2+cosA sin,测量原理,被测样品,折射棱镜,长春理工大学光电工程学院 牟达,（b）图中，n小于n0较多时， n= sinA(n02-sin2) 1/2 -cosA sin 由此看来，已知A、n0，只需测出便可求得样品的折射率n。,测量原理,折射棱镜,被测样品,长春理工大学光电工程学院 牟达,阿贝折光仪,长春理工大学光电工程学院 牟达,注意事项,试样平面度不多于7个光圈每平方厘米;试样体积不小于10205立方毫米；测量液体时，应待液体与标准棱镜温度一致后，再开始测量。精度低 ，结构简单，操作方便。,长春理工大学光电工
23、程学院 牟达,长春理工大学光电工程学院 牟达,长春理工大学光电工程学院 牟达,长春理工大学光电工程学院 牟达,长春理工大学光电工程学院 牟达,2-1-4 直角照射法,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,对一个三棱镜的被测样品，要求平行光束对向一个棱（如A棱）并垂直底面（如BC面）照射，入射平行光束被分成两半，分别经AB、BC面和AC、BC面折射后，产生两束折射光，测角仪测出两束光的夹角A后，可由公式求出被测试样的折射率。,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,由于本方法要求平行光束垂直底面照射，故称直角照射法。 同理依次以B、C为顶角，测出两束光的夹角B ，C。联合就可导出本方法的原
24、理公式为：,长春理工大学光电工程学院 牟达,直角法求折射率公式,长春理工大学光电工程学院 牟达,误差分析,入射试样的平行光束的平行度。当光束的会聚角或发散角为0.5时，经计算得折射率的误差 。可见该项误差影响较大，必须准确调校平行光管。由于平行光管物镜色差的影响，每次更换单色光照明时，必须重新调校平行光管。 平行光束与底面的垂直度。设光束对底面的倾角为，假定已知折射率n的情况下，可以求出A的偏差A，再求出n。设=3,得 ，可见该项误差影响很小 。,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量环境的影响。测量过程中应t0=200.5，气压p0=101325500Pa，如超出这个条件必须对所测折射率进行修
25、正。 误差分析表明，用此种方法，用3的测角仪可获得310-6的折射率测量精度，相比之下，用最小偏向角法，3的测角仪只能得到1.410-5的折射率测量精度。直角照准法将折射率的测量精度提高了34倍。,长春理工大学光电工程学院 牟达,2-2 光学玻璃的双折射测量,干涉色法全波片波片法法,长春理工大学光电工程学院 牟达,光学玻璃的应力 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，又称残余应力。 中部应力：垂直于玻璃最大尺寸方向的中段截面中心点处的应力。 产生的原因：退火过程中，因玻璃导热性差，玻璃内外层存在温差，而引起的退火应力。其大小取决于退火时的降温速度，它可作为评定玻璃是否易碎或表
26、面光圈是否易变形的指标。边缘应力：退火中由于玻璃导热性差，表面各点间存在温差而产生的附加应力。边缘应力表示玻璃大面上应力分布状况。其大小取决于退火时炉内温度分布的均匀程度，它会引起光学不均匀性。,长春理工大学光电工程学院 牟达,应力的危害引起玻璃变形，加工面形光圈不稳定。会引起光学不均匀性。（尤其对大块玻璃） 引起玻璃分子排列出现一定程度的方向性（相当晶体）产生双折射效应，影响成像质量。减小应力的措施 降低退火速度（精密退火（1/60 /分）控制温度,长春理工大学光电工程学院 牟达,两束折射光,服从折射定律寻常光线 ordinary ray o光,不服从折射定律异常光线 extra ray e
27、光,不服从折射定律指的是,折射光线一般不在入射面内；,不遵守折射定律，折射率（传播速度）和入射光线在晶体内的方向有关。,晶体绕入射光方向旋转, 寻常光(O光)不动,非常光(e光)随着晶体旋转。,一束单色自然光垂直入射于晶体的表面,进入晶体后,变为两束折射光。,双折射,长春理工大学光电工程学院 牟达,双折射现象用眼睛观看发光点，会看到两个像点，透过方解石晶体，纸面上的字成了的双字。,长春理工大学光电工程学院 牟达,应力和双折射的关系 光学玻璃的质量指标通常以钠黄光（589.3nm）通过 1cm厚的玻璃o光和e光产生的光程差来表示，若玻璃厚度为d，通过该玻璃时，o光和e光的光程差为，no、ne分别
28、为o光和e光的折射率，则双折射为： 玻璃应力越大，双折射n越大。,长春理工大学光电工程学院 牟达,光学玻璃双折射的质量指标 玻璃的双折射以垂直应力方向上单位厚度内o光和e光的光程差n(nm/cm)表示， 一般分5级：,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.2.1干涉色法,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,干涉色法，是利用线偏振光干涉，由干涉色的识别来确定光程差的大小的。由物理光学可以知道，白光照明时，干涉色有光程差=(no-ne)d决定。当满足某种波长/2的奇数倍时，该波长的光强度最大；满足/2的偶数倍时光强度最小，其它介乎于两者之间的光波其强度也在两者之间。所以人眼在检偏器后观察到的是
29、所透过的各种波长的光的混合，即为干涉色。,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,自然光须经起偏器P1变成线偏振光入射。若玻璃不产生双折射，则仍一线偏振光射出。使检偏器P1的主方向与起偏器P2正交，则人眼看到的是暗视场。,被测玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,若玻璃具有双折射，则出射的o光和e光之间具有稳定光程差，通过检偏器P2将发生干涉。由干涉色可判定光程差，并确定双折射等级。,被测玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,若玻璃具有双折射，则出射的o光和e光之间具有稳定光程差，通过检偏器P2将发生干涉。由干涉色可判定光程差，并确定双折射等级。,被测玻璃,长春理工大学光
30、电工程学院 牟达,测量原理,若玻璃具有双折射，则出射的o光和e光之间具有稳定光程差，通过检偏器P2将发生干涉。由干涉色可判定光程差，并确定双折射等级。,被测玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,若玻璃具有双折射，则出射的o光和e光之间具有稳定光程差，通过检偏器P2将发生干涉。由干涉色可判定光程差，并确定双折射等级。,被测玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,测量原理,若玻璃具有双折射，则出射的o光和e光之间具有稳定光程差，通过检偏器P2将发生干涉。由干涉色可判定光程差，并确定双折射等级。,被测玻璃,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.2.2全波片法,长春理工大学光电工程学院 牟达,定
31、义：厚度正比于波长整数倍的平行平面单轴晶片，即,透过全波片的o光和e光的相位差：,最小厚度：,最小相位差：,特点：能使透射的o光和e光产生2或其整数数倍大小的相位差,（正号对应负单轴晶体，负号对应正单轴晶体）,全波片,，j=0, 1, 2, 3, ,，j=0, 1, 2, 3, ,，j=0, 1, 2, 3, ,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,当光程差小于300nm时，干涉色色序变化很不明显，故测量精度很低。而当光程差在一个波长（565nm）左右变化时，干涉色变化特别显著。因此为提高测量精度，在简式偏光应力仪中加入一双折射光程差为一个波长的补偿晶片全波片，使其光程差与被测玻璃产生
32、的双折射光程差相互叠加。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,放入全波片并旋转，视场中出现有干涉色至最黑，说明全波片的两个振动方向与起偏器的偏振轴垂直（或平行），再将全波片旋转45，这时视场中便出现均匀的紫红色。,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,玻璃内应力的快、慢轴（对正单轴晶体，o光振动方向为波片的快轴，e光振动方向为慢轴；对负单轴晶体，与上相反）方向预先不知道，可转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,玻璃内应力的快、慢轴
33、（对正单轴晶体，o光振动方向为波片的快轴，e光振动方向为慢轴；对负单轴晶体，与上相反）方向预先不知道，可转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,玻璃内应力的快、慢轴（对正单轴晶体，o光振动方向为波片的快轴，e光振动方向为慢轴；对负单轴晶体，与上相反）方向预先不知道，可转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,玻璃内应力的快、慢轴（对正单轴晶体，o光振动方向为波片的快轴，e
34、光振动方向为慢轴；对负单轴晶体，与上相反）方向预先不知道，可转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,玻璃内应力的快、慢轴（对正单轴晶体，o光振动方向为波片的快轴，e光振动方向为慢轴；对负单轴晶体，与上相反）方向预先不知道，可转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,玻璃内应力的快、慢轴（对正单轴晶体，o光振动方向为波片的快轴，e光振动方向为慢轴；对负单轴晶体，与上相反）方
35、向预先不知道，可转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光
36、电工程学院 牟达,一、测量原理,转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,被测玻璃G,全波片W,长春理工大学光电工程学院 牟达,通过旋转玻璃观察，找出最高色序颜色的光程差1，最低色序颜色的光程差2，两者取平均值。带入公式，就可以算出双折射光程差n。
37、进而确定玻璃双折射的等级。,一、测量原理,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量步骤,1、先不放入被测玻璃和全波片，调整起偏器和检偏器的偏振轴互相垂直，视场最暗。2、 放入全波片并旋转，视场中出现有干涉色至最黑，说明全波片的两个振动方向与起偏器的偏振轴垂直（或平行）。3、再将全波片旋转45，这时视场中便出现均匀的紫红色。4、放入被测玻璃，转动玻璃（相当于转动其快、慢轴），当被测玻璃与全波片快（慢）方向一致时， 色序上升。 当被测玻璃与全波片快（慢）方向相反时， 色序下降。,长春理工大学光电工程学院 牟达,三、精度和误差分析,由于该方法存在着对干涉色判别的主观误差，所以精度低（20-50nm）
38、。但使用方便，只适用于测量精度要求不高的场合。但在一般光学车间，有经验的技术工人可以判断出被测光学玻璃的应力等级，同时还可以观察到整个光学玻璃应力分布情况，这对选取光学玻璃毛坯是很有用的。,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.2.3 1/4波片法,长春理工大学光电工程学院 牟达,定义：厚度正比于四分之一波长奇数倍的平行平面单轴晶片，即,透过l/4片的o光和e光的相位差：,最小厚度：,最小相位差：,特点：能使透射的o光和e光产生p/2或其奇数倍大小的相位差,，j=0, 1, 2, 3, ,（正号对应负单轴晶体，负号对应正单轴晶体）,1/4波片,，j=0, 1, 2, 3, ,长春理工大学光电工程
39、学院 牟达,一、测量原理,自然光通过起偏器后成为线偏振光，该光通过具有应力的玻璃后成为椭圆偏振光。因沿椭圆偏振光的长半轴和短半轴的位相差为/2，而1/4波片的快慢方向对应的位相差为/2。,被测玻璃,/波片,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,故只要使1/4波片的快慢方向分别与椭圆偏振光的长短轴重合，这样椭圆偏振光通过1/4波片后，两个振动方向互相垂直的偏振光之间的位相差就将变为0或，即合成了线偏振光。合成的偏振光对起偏器的偏振轴偏转了一个角度。仅取决于被测玻璃的o光和e光之间的位相差。,被测玻璃,/波片,长春理工大学光电工程学院 牟达,一、测量原理,因此，只要找出角与位相差的关系，便
40、可通过测量角求出位相差，从而求出光程差，并确定玻璃双折射的类别。测出检偏器旋转的角度，再测出通光方向的玻璃厚度l，代入公式：,被测玻璃,/波片,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量步骤,1、先不放入被测玻璃和1/4波片，将起偏器和检偏器的偏振轴调至正交，视场中看到最暗。2、放入1/4波片，并旋转使视场由亮变暗，此时，1/4波片的快慢方向M和N分别与起偏器和检偏器重合。3、在起偏器和1/4波片之间放入被测玻璃，并旋转玻璃，当看到被测点最暗时，继续将玻璃旋转45，此时被测玻璃的主应力方向x，y与P1（或P2）成45。视场重新变亮。,长春理工大学光电工程学院 牟达,二、测量步骤,4、单独转动检偏
41、器，人眼观察到被测点由亮变暗，检偏器转角为，即可由 求出被测玻璃的双折射光程差大小。5、当用白光照明时，视场中只有=0处才出现 黑条纹，其他级次条纹都是彩色条纹。这时试样中部测试点K的总光程差应包括靠近K点的干涉条纹到K点的光程差1=/和靠近K点的干涉条纹（级次N）到零级黑条纹的光程差 2=N，即=N+/。,长春理工大学光电工程学院 牟达,三、精度和误差分析,1/4波片法实现了以测角方法来测干涉级小数部分，这在一定程度上提高了测量精度。在测量n值时，人眼需两次判断被测点处亮度是否已达到最暗。这种判断的灵敏度较低，其测角误差约为，相应的双折射光程差的测量精度约为/180。 因为在不太暗的视场内亮
42、度变化必须达以上，人眼才刚能觉察出亮度有变化。如果采用半影检偏器，误差可以大大的减少。,长春理工大学光电工程学院 牟达,三、精度和误差分析,半影检偏器是由两半圆形偏振片拼合而成的，两者合成一整圆，半影检偏器中间的分界线细而黑，这条线就是两振动方向的角平分线，两半圆的振动方向各与分界线的夹角为。并使分界线与p2方向重合。这种半影检偏器是以判别两半视场亮度相同来代替1/4波片法中的视场的“最暗”，从而可精确地确定线偏振光的方位。与使用检偏器比，其测角灵敏度提高倍以上。,长春理工大学光电工程学院 牟达,2.3光学玻璃的光学均匀性的测量,长春理工大学光电工程学院 牟达,光学玻璃的光学均匀性是指同一块玻
43、璃中， 各部分折射率变化的不均匀程度。或者说是指同一块光学玻璃中各点折射率一致性的程度。 玻璃的光学不均匀性产生的原因，是退火温度不均匀或内部残余应力，使玻璃各部分折射率产生差异。对于大尺寸光学零件，如果光学不均匀性存在的面积较大，将降低象的分辨率及其质量。,长春理工大学光电工程学院 牟达,分辨率比值法,分辨率比值法是通过对光学玻璃分辨率的测量，得到实测读数与空测读数的比值，再根据的大小确定光学玻璃的光学均匀性类别的方法。,星孔板或分辨率板,被测玻璃,前置镜,平行光管,长春理工大学光电工程学院 牟达,分辨率比值法,的计算公式为： 式中，空测读数，即被测光学玻璃未放入光路时，用前置镜直接对平行光
44、管观测时的分辨率数值；实测读数，即在平行光管与前置镜之间放入被测光学玻璃时测得的分辨率数值。,星孔板或分辨率板,被测玻璃,前置镜,平行光管,长春理工大学光电工程学院 牟达,分辨率比值法,如果被测光学玻璃的光学均匀性也很好，则由平行光管射出的平面波通过被测玻璃后仍为 平面波。因此，分辨率的实测数值与空测数值0相等 ，比值=1。,星孔板或分辨率板,被测玻璃,前置镜,平行光管,长春理工大学光电工程学院 牟达,分辨率比值法,如果被测光学玻璃的光学均匀性不好，则被测光学玻璃中各点得折射率不一致将引起光程不一致，平面波通过被测光学玻璃后产生变形，分辨率也相应降低，即0，于是1。光学均匀性越差，值就越大。,星孔板或分辨率板,被测玻璃,前置镜,平行光管,长春理工大学光电工程学院 牟达,根据的大小，按国家标准GB903-65分为5类。,如果测得=1，还需要根据像质划分类别。这时用星点板代替分辨率板，通过前置镜观察星点衍射像。如果星点像保持圆整，没有断裂、尾刺、畸角及扁圆等现象，则被测光学玻璃均匀性为1类，否则为2类。,长春理工大学光电工程学院 牟达,
