专利名称:晶体光轴定向仪的制作方法
本实用新型涉及一种用于光学投射的光学仪器。
光学工程中往往需要确定光学晶体的光轴方向。八十年代初，Sov.J.Opt Technol Vol 47，No.6(1980)PP341－343上报导了苏联Z.L.Ermokova采用偏振光干涉法研制一种晶体光轴定向仪，该仪器采用立式结构，由光源、聚光系统、主接收系统、自准直系统和光屏观察系统组成。其光源为一般的光谱灯，如KGM12×100，加上可换滤光片，聚光系统采用单透镜，主接收系统采用一个望远镜系统，为使工作台的台面与光学系统的光轴保持垂直，在望远镜中加入一个自准直照明系统。
上述晶体光轴定向仪的主要优点是采用了立式结构，被检晶体装夹方便，测量精度较高，当被检晶体厚度为30～250mm时，测量精度为2′。其缺点是采用一般的光谱灯作为光源，亮度低。条纹对比度差；聚光系统采用单透镜，会聚角不大且存在球差；以望远镜系统作为主接收系统，通常只能观察到中心黑区，很难观察到圆环条纹，结构也较为复杂；光屏观察系统没有物镜和读数装置，无法定量测量；由于光源的光强低，光屏做得较小，只能观察2～30mm的薄晶体；该仪器没有设置液槽，无法测量不规则晶体的光轴方向。
本发明的目的在于设计一种结构简单，适于对尺寸范围宽的各种光学晶体的光轴方向作出定量测量的晶体光轴定向仪。
图面说明图1为本设计的晶体光轴定向仪的结构示意图。图中1－激光器，2－反射镜，3－起偏器，4－光栏，5－散射器，6－工作台，7－被检晶体，8－检偏器，9－观察物镜，10－反射镜，11－光屏，12－分划板，13－导轨，14－摄影附件，15－照相机或者检流计测头。
图2为本定向仪的详细结构图，图中1～15标记与图1相同，16－激光器罩，17－基座，18－反射镜承座(可调)，19－反射镜支架，20－起偏镜旋转座，21－升降手轮，22－工作台支座，23－立座，24－检偏镜旋转座，25－光屏座，26－顶盖，27－头箱，28－反射镜旋转手轮。
以下结合本晶体光轴定向仪的工作原理及仪器的具体结构。
本定向仪采用立式结构，它由一个激光器〔1〕、一个反射镜〔2〕、一个起偏器〔3〕、一个光栏〔4〕、一个散射器〔5〕、一个工作台〔6〕、被检晶体〔7〕、一个检偏器〔8〕、一个物镜〔9〕、一个反射镜〔10〕、以及一个带分划板〔12〕的光屏〔11〕等组成。它还配置一个液槽和一个同照相机〔15〕或者检流计测头相连接的摄影附件〔14〕。
本定向仪的实际结构示于图2。
本仪器结构的特征在于光源为一个高功率的多模氦氖激光器〔1〕；起锥光器作用的散射器〔5〕为一个能使照度均匀并能消除激光散斑的毛玻璃，它是可旋转的或者不旋转的；工作台〔6〕带有精密的转轴，可绕转轴转动，同时与导轨〔13〕相连，可沿导轨作垂直移动，移动范围为0～300mm；光屏〔11〕为一个采用可消除眩光、亮度均匀的蜡质材料如石蜡、蜂蜡和虫蜡等配制成的蜡屏，其直径为70～200mm；观察物镜〔9〕为一个长焦距物镜，其焦距为100～300mm；配置一个摄影附件〔14〕，装上照相机可拍摄锥光干涉图象，装上检流计或者照度计测头，可以测定旋光晶体的旋光角或者电光晶体的透光特性及半波电压。
如图1所示，对光学晶体作光轴方向测定时，将被检晶体〔7〕置于工作台〔6〕上，氦氖激光器〔1〕输出的激光束，由反射镜〔2〕反射经起偏器〔3〕、光栏〔4〕和散射器〔5〕形成锥光束，通过工作台〔6〕的中心孔，其中心光线正入射至平板状的被检晶体〔7〕，通过被检晶体〔7〕、检偏器〔8〕和观察物镜〔9〕经反射镜〔10〕投射到带有分划板〔12〕的蜡质光屏〔11〕上，在光屏〔11〕上得到锥光干涉图形。
工作台〔6〕的台面法线与工作台〔6〕的转轴应精确重合。被检晶体〔7〕的基准面紧贴工作台〔6〕的台面，被检晶体〔7〕的光轴与它的基准面相垂直，在工作台〔6〕旋转的情况下，光屏〔11〕上的锥光图是固定不晃动的。若被检晶体〔7〕的光轴与其基面成一个夹角，当工作台〔6〕旋转时，则光屏〔11〕上干涉图产生晃动。根据晃动量的大小，经过换算即可确定被检晶体〔7〕的光轴方向。
利用本仪器上的旋钮，可使反射镜〔10〕偏出光路，如图1中虚线所示，从仪器上方的开口处插入摄影附件〔14〕，再装上135单反照相机〔15〕，便可从投影光路中拍摄锥光干涉图，便于分析晶体内部质量。装上检流计或者照度计测头，可测定旋光晶体的旋光角或者电光晶体的透光特性及半波电压。
本晶体光轴定向仪可适用于厚度为0.5～300mm的被检晶体〔7〕作光轴方向的精确测量；仪器配置一个液槽，可以测量不规则晶体的光轴方向。对于平行度好的厚晶体，光轴定向精度为2′，当利用计算机软件处理读数数据时，使平行度差的薄晶体也能达到2′的精度，同时还可以消除干涉环读数值带来的原理性误差。
本设计的晶体光轴定向仪同已有的定向仪比较，具有下列优点1、采用激光光源，锥光干涉图条纹对比度好、亮度高、空间相干性好，使仪器调整简便。这是以光谱灯为光源的仪器难以达到的。
2、主光路系统仅用一个平凸透镜，而已有仪器需用6个光学零件；采用毛玻璃散射器，而省去高会聚度的锥光器；仅用一个焦距φ50mm的平凸透镜作为长焦距物镜，实现高精度定量测量，而已有的仪器需用一个复杂的望远镜系统才能实现。
3、以旋转的毛玻璃作为散射器〔5〕，以蜡屏作为光屏〔11〕，可压抑激光散斑并使照度均匀，蜡屏画面可达φ150mm，而现有仪器的光屏一般为φ50mm。
4、工作台〔6〕可沿导轨移动，利于观察物镜〔9〕充分利用散射器〔5〕产生的最大散射角为40°的散射光束，可测薄型晶体，在同等精度条件下，可测厚度范围为0.5～300mm的晶体，而已有仪器可测晶体厚度范围为30～250mm。
5、本仪器配置一个液槽，可测不规则晶体。
6、本仪器的检偏器〔8〕可以旋转并读数，因此可测量晶体的旋光率。
7、本仪器附有摄影附件〔14〕，可以摄影记录和测量电光晶体的半波电压和透光特性，而已有仪器没有这些功能。
8、本仪器配有数据处理软件，以提高测量精度与降低试件加工要求，而已有仪器没有这种软件。
9、结构简单，制造成本低。
实施例如图1所示的晶体光轴定向仪，光源采用4mw多模氦氖激光器，散射器〔5〕为φ10mm毛玻璃，产生40°锥角的发散光束，工作台〔6〕升降范围为0～100mm，调到升至90mm处，置于工作台〔6〕上的人工石英晶体的折射率n0＝1.5430ne＝1.5520，厚度为6.6mm，观察物镜〔9〕的焦距为200mm，相对孔径为F／4，光屏〔11〕用石蜡、蜂蜡、虫蜡等配制而成，上面带有分划板〔12〕，光屏〔11〕画面为φ150mm，检偏器〔8〕带有可以读数的转盘。调整工作台〔6〕和检偏器〔8〕至适当位置，当转动工作台〔6〕时，光屏〔11〕上产生晃动的几圈椭圆环形干涉图象，读取某一环带的最大晃动量，便可确定该人工石英晶体的光轴方面与其基准面的法线之间的夹角。其结果是光屏读数值d1－13.50 15.55 －16.00 15.40光屏读数值d2－13.30 15.50 －16.50 15.55所取条纹级数 －2 －3 －3 －3光轴与法线夹角 3′ 3′ 5′ 2′夹角平均值为4′。
应用本定向仪作实际测量的几种情况(1)、人工石英晶体厚度为1mm，工作台〔6〕升至100mm处，其余参数与实施例1相同。旋转检偏器〔8〕，光屏〔11〕上观察到黑十字，而没有干涉环带，读取黑十字中心的最大晃动量，便确定该晶体的光轴方向与其基准面之间的夹角。
测试结果是光屏读数取值 d12.60光屏读数取值 d2－3.30所取条纹级数 O光轴与法线夹角 1°55′(2)、应用图1所示的晶体光轴定向仪测定红宝石的光轴方向。
红宝石晶体尺寸φ25×300mm被检晶体基准面底面晶体折射率 n0＝1.76445 ne＝1.75611光屏读数值 d11.61 2.24 2.76
光屏读数值 d2－1.61 －2.24 －2.76所取读数级数 1 2 3晶轴与底面法线夹角O°(3)、应用图1所示的晶体光轴定向仪测定人工石英晶体的旋光率并判定其旋向。
被检晶体尺寸长宽厚为30×30×6.36mm。用照度计定位读取旋光角读数，使用波长λ＝632.8nm。
检偏器初读数 79.5 79.8 78.0 79.2 79.2检偏器末读数 196.7 198.0 198.0 200.0 197.2平均值 118.9旋光率(实测值) 18.7 0／mm旋光率(理论值) 18.6 0／mm测量误差 0.1 0／mm旋向 左旋
权利要求
1.一种主要由光源、锥光器、起偏器、工作台、检偏器、光屏和观察物镜构成的晶体光轴定向仪，其特征在于，它包含一个激光器[1]，一个起锥光器作用的散射器[5]，一个既可转动又可作垂直移动的工作台[6]，一个带有分划板[12]的光屏[11]，一个观察物镜[9]以及一个可同单反照相机或者检流计相连接的摄影附件。
2.根据权利要求
1所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的散射器〔5〕为一个能使照度均匀并能消除激光散斑的毛玻璃。
3.根据权利要求
2所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的散射器〔5〕可以是可旋转的或者不旋转的。
4.根据权利要求
1所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的工作台〔6〕既可转动又可沿导轨〔13〕作竖向移动。
5.根据权利要求
1和4所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的工作台〔6〕作竖向移动的范围为0～300mm。
6.根据权利要求
1所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的光屏〔11〕为一个采用可消除眩光、亮度均匀的蜡质材料配制成的蜡屏。
7.根据权利要求
1和6所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的光屏〔11〕的直径为70～200mm。
8.根据权利要求
1所述的晶体光轴定向仪，其特征在于，所述的观察物镜〔9〕的焦距为100～300mm的长焦距物镜。
专利摘要
一种新型的晶体光轴定向仪，以激光器作为光源，仪器结构上大为简化，功能齐全，性能均优于已有的同类仪器。本光轴定向仪的光屏画面可达φ150mm，可测厚度为0.5～300mm的晶体光轴方向，附有摄影附件，可以记录和测量旋光晶体的旋光率、旋向，及电光晶体的半波电压和透光特性。仪器结构简单，使用方便，制造成本低。
文档编号G02B26/08GK87207092SQ87207092
公开日1988年8月24日 申请日期1987年11月18日
发明者曹天宁 申请人:浙江大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan