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ICS 17. 180. 01 N 05 中华人民共和国国家标准 GB/T 16863--1997 晶体折射率的试验方法 Method for testing refractive index of crystals 1997-06-16发布 1997-12-01实施 国家技术监督局 发布 GB/T 16863—1997 前 言 本标准根据GB/T1.1标准化工作导则,表述了在可见光范围用棱镜最小偏向角法测量晶体折射 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,要求的条件比较容易满足,也能达 到较高的精度,但要求晶体样品的尺寸较大。 本标准由中国科学院提出。 本标准由中国科学院物理研究所归口, 本标准起草单位:中国科学院物理研究所。 本标准主要起草人:周棠、张道范、杨华光。 中华人民共和国国家标准 GB/T 16863-1997 晶体折射率的试验方法 Method for testing refractive index of crystals 1 范围 本标雌规定在室温下,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。 2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 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、Y、Z中,它的几何表达式为: n+n+n? 式中:n,n2n3一为晶体的主折射率。 对于各向同性晶体,n,=n2一ns一n;对于单轴晶体,晶体的高次对称轴选为2轴,光轴与Z轴重合。 n,=n2=n。(正常光波的折射率)),ns一n.(异常光波的折射率);对于双轴晶体,它的n≠nzn3,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 个有一定取向的棱镜样品,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,一个棱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n2相垂直的另两个主折射率n1与n3,为了确 (或a面)。在切割另一个棱镜时,使晶体的结晶学b轴平行于棱镜的AA,并使晶体的结晶学(001)面落 在棱镜的折射棱角的等分面上,可测出n2及另一落在由ni与ns构成的椭圆截面内的一折射率n。由 ni、n3和 n。可算出晶体的结晶学a 轴相对于折射率主轴na的夹角。对三斜晶系,本标准从略。 国家技术监督局1997-06-16批准 1997-12-01实施 1 GB/T 16863—1997 ABB'A棱镜的抛光面(即通光面);ACC'A棱镜的抛光面(即通光面); AIB'C..-棱镜的底面;AA棱镜的棱柱边;α棱镜的折射角,(°) 图1单轴晶体棱镜的取向 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 间的夹角叫偏向角。 当光波进入棱镜,入射角改变时,从棱镜射出的折射角t2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1,时,偏向角?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。 偏向角,(");α棱镜折射棱角.("),i入射光波矢 的入射角,(");出射光波的折射角,(") 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、α、满足如下关系: sinL0.5 × (α+ )) (2) sin(0. 5 X α) 从试验中可测得α和,然后计算出棱镜晶体的折射率n。 3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用以确定光波失的偏振面和晶体光性方位的偏光镜, 4样品制备 4.1参照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 割晶体棱镜。 4.2棱镜的折射棱角α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α角在.34°~60°之间。 4.3晶体的晶轴定向误差应小于8'以下。 4.4棱镜的通光面的平面度为十分之~波长。 2 GB/T16863—1997 4.5棱镜通光面的光洁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,棱柱高度约为10mm。 5试验步骤 5.1开启测角仪并调整仪器水平度。 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6(°),折射棱角α=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8 5.5.1采用狭缝和不同波长的单色光波,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轴方向。 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。 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?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 SAC 折射率。 方程拟合,求出方程中各系数A;,B.,Ci,D,,从而可得出折射率色散曲线。 B,>2 (i = 1,2,3) (3) 在公布结果时,必须指明试验温度。 6试验误差

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