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/T16863—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 168631997 晶体折射率的试验方法 Method for testing refractive index of crystals SAC 1范围 本标规定在室温下，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。 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，它的儿何表达式为： X+y+Z (1) 式中: n,n2,n3- 一为晶体的主折射率。 对于各向同性晶体，ni=n2=n3一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=n2n。（正常光波的折射率），n3一ne（异常光波的折射率）；对于双轴晶体，它的n1≠n2≠n3，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失径方向为光轴方 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 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 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nz及另一落在由n1与n3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n3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）； A"BC"..棱镜的底面；AA'棱镜的棱柱边；α-·棱镜的折射棱角，（°） 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i改变时，从棱镜射出的折射角i2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1i2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.（"）；i1"·入射光波矢 的入射角（"）；i：出射光波矢的折射角，（°) 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 + )J n (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用以确定光波矢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一波长。 2 GB/T 16863-1997 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（°），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 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。 旋转样品台，使棱镜的另一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，n2，na值分别作塞尔迈尔（Sellmeier）色散 n? = A + - C. B,12 - D,x (i = 1,2,3) ·(3) 在公布结果时，必须指明试验温度。 6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士2×10-5。 GB/T 16863-1997 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（°），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 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。 旋转样品台，使棱镜的另一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