TGL 21792 Optisches Glas. Bestimmung der

Fachbereichstandard
OK 666.22
oeiiische
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Demol'<ratische
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Bestimmung der Spannungsdoppelbrechung
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TGL
Optisches Glas
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Januar 1989
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792
Gruppe 153 340
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Optical Glass, Datermination of the Stress Birefringence
Deskriptoren: Optisches Glas; Prüfung; Spannungsdoppelbrechung
Umfang 3 Seiten
Verantwortlich/bestätigt: 2.1.1989,
Kombinat VEB Carl Zeiss JENA, Jene
verbindlich ab
1.1d.19s9
S TANDliP. D STELLE
Vorbemerkung:
Diese Bestimmung der Spannungsdoppelbrechung
in optischem Blockglas und optischen Halbzeu0
gen
dient der Bestimmung von solchen Span0
'.; nungen,- wie sie nach dem Abkühlvorgang im Glas
a verbleiben. Die Spannungen selbst in MPa sowie
~ die durch ·aie hervorgerufenen Brechzahländ~­
~ rungen sind nach dem vorliegenden Standard
~ nicht bestimmbar.
um den gleichen ~inkel ~ in die Stellung A'
gedreht werden, siehe Bild 1.
A'
~„
,f_ 1. Kurzbeschreibung des Prüfverfahrens
-g"
~ Diese Bestimmupg der Spannungsdoppelbrechung
Bild 1
~ (SDB) ist Voraussetzung für die Beurteilung
1 von
Gläsern hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit
c für solche Zwecke, bei denen eine bestimmte,
.. im allgemeinen niedrige SDB gefordert wird.
~Die Bestimmung der SDB erfolgt durch KompenJ: sation mit einer A/4-Platte. 1
~Das mit dem Polarisator P erzeugte linear
~ polarisierte Licht der Wellenlänge A durch111
·;;; läuft die Probe in einer Hauptspannungsrich'ii
ii tung, zum Beispiel 6 3 • Die Richtungen der
-g
c
-9 beiden anderen Hauptspannungen 61 und 62
~ müssen mit der Schwingungsrichtung des Lichtes
:::s
~einen Winkel von 450 bilden. Nach Durchlaufen
~ der Probe ist das Licht elliptisch polari111
:::"'. siert.
IJI
.!! Durch eine A./4-Platte, deren Schwingungsrichtungen mit den Hauptspannungsrichtungen ebenfalls einen Winkel von 45° bilden, wird das
Licht wieder Linear polarisiert. Die jetzige
~ Schwingungsrichtung ist gegenüber der ur.... sprünglichen um den Winkel~ gedreht, wodurch
.,, eine Aufhellung des ohne Probe dunklen Ge:#
~ sichtsfeldes eintritt.
-g
Jl
2. Prüfmittel
- Strichmaßstab oder Meßschieber
- Spannungsoptische Bank 2 , bestehend aus
<
Lichtquelle für monochromatisches Licht,
z. D. Natriumdampflampe mit acleuchtungseinrichtung
- Lichtquelle für weißes Licht, z. ~. Glühlampe oder Leuchtstofflampe; Polarisator;
A./4-Platte, abgestimmt auf die \"."ellenlänge des verwendeten Lichtes; ~nalysator.
•
::
...
1
11'1
Um an der Meßstelle Auslöschung zu erzielen,
~ muß der Analysator aus der Nullstellung der
~ Schwingungsrichtung A,
die mit der Sch~in-
2 gunQsrichtung P einen Winkel von 90° bildet,
!
:.:;
...
1
in der Literatur: Senarmont-tiethode
2
An der Stelle der spannungsoptischen Dank
kann der mit einer zusätzlichen A/4-Platte versehene Optische Spannungsprüfer 300
mit monochromatischer Lichtquelle, Kombinat VEB Carl Zeiss JENA, ode~ der SPD 150,
VEB Rationalisierung Technisches Glas
Ilmenau verwendet werden.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~--~~~--~----------~--~~~~~~~..,
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Seite 2 TGL 21 792
Für Prüflinge der Hochleistungsoptik wird eine
Meßungeneuigkeit der Prüfmittel 3 von '0,1 nm
gewährleistet.
Die Meßunsicherheit des Verfahrens.darf betragen bei Gangunterschieden ., :; 100 nm etwa !_5 nm
und > 100 nm etwa !_5 %.
1J
Bild 3
3. Probenvorbereitung
Die Proben sollen senkrecht zur Meßrichtung
zwei parallele polierte Ab•chlußflächen aufweisen. Für Blockglas sind zur Bestimmung der
Normalqualirät bzw. der SDB-Klasse 2 nac~
TGL 34 868 bei einem Lichtweg über 3 cm auch
naturblanke od~r roh zugericht~te Flächen zugelassen. Preßlinge mit matten Oberflächen
müssen anpoliert werden.
Halbzeuge ohne annähernd parallele Abschlußflächen sfnd in einer Küvette mit einer der
Brechzahl des Glases angepaßten Immersionsflüssigkeit zu messen.
Farbglas ist bei einer Wellenlänge mit einer
ausreichenden Transmission zu messen. Ist eine
Messung am Objekt auch mit Hilfsmitteln nicht
möglich, sind geeignete Testproben mit gleichem Querschnitt mitzukühlen und anschließend z_u messen.
Um temporäre Spannungen zu vermeiden, sind die
Proben im Meßraum am Meßplatz vor der Messung
bei konstanter Raumtemperatur zu temperieren.
Die dafür erforderliche Zeit hängt von der
Probengröße ab und ist empirisch durch Kontrolle der zeitlichen Anderung der Doppelbrechung zu ermitteln. Die Temperatur im Prüfraum ist mit einer Genauigkeit von !_0,1 K zu
messen.
Bei Halbzeugen für die Hochleistungsoptik mit
eingaengt~n SOS-Toleranzen darf die Raumtemperatur während der Messung nicht mehr als
!_0,1 K schwanken.
Vor und während der Messung ist eine Berührung
mit ungeschützten Händen - Handwärme - zu vermeiden. Die Maße der Proben sind mit einem
Strichmaßstab oder Meßschieber zu messen.
Meßstelle bei Proben mit rechteckigem Quersc~nitt: nach Bild 2
Meßstelle bei ?roben mit kreisförmigem Querschnitt: nach Bild 3
Brillenpreßlingp, am Rand in Gebrauchsrichtung
- andere Querschnittsfor~en, z. B. Prismen:
Meßstelle nach Vereinbarung, im Prüfprotokoll angeben
- Halbzeuge für die Hochleistungsoptik
Rundscheiben für die Lithografie: an mindestens drei um jeweils 120° azimutal versetzten Meßstellen
- Platten für Bauelemente der Polarisationsmikroskopie: in der Mitte aller vier
Plattenseiten.
4. Durchführung der Prüfung
Der Polarisator ist so einzustellen, daß die
Schwingungsrichtung des linear polarisierten
Lichtes mit der Vertikalen einen ~inkel von
45° bildet. Danach ist der Analysator zu
drehen, bis maximale Dunkelheit herrscht.
Zwischen Polarisator und Analysator ist eine
A/4-Platte in den Strahlengang zu bringen,
wodurch im allgemeinen eine Aufhellung des
Gesichtsfeldes erfolgt. Durch Drehung der
A/4-Platte ist wieder maximale Dunkelheit
einzustellen. Zwischen Polarisator und ).. / 4Pla t te ist die Probe so aufzustellen, daß
die anpolierten Flächen senkrecht zur optischen Achse stehen, Danach sind Spannungsmeßeinrichtung und Probe relativ zueinander
so lange um die optische Achse zu drehen,
bis an der Meßstelle maximale Dunkelheit
eintritt, Anschließend ist eine weitere Drehung um 45° durchzuführen. Dann bilden die
Hauptspannungsrichtungen mit der Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes
einen Winkel von 45°, Bei Proben mit rechteckigem und kreisförmigem Querschnitt ist
an den im Bild 2 und Bild 3 festgelegten
Meßstellen diese Bedingung erfüllt; sie
brauchen also nicht gedreht zu werden.
Keine Aufhellung erfolgt an den Probenstellen, wo die Hauptspannungsdifferenz
01 - d 2 gleich Null ist. Die so entstandenen dunklen Linien nennt man Isochromaten
nullter Ordnung oder neutrale Zonen.
3
Bild 2
siehe Seite 3
TGL 21 192 Seite 3
Die Messung des Gangunterschiedes hat zu erfolgen, indem durch Drehung des Analysators um
den Winkel ~ die Isochromate nullter Ordnung
(k-0) an die Meßstelle verschoben wird, d, h.
an der Meßstelle maximale Dunkelheit eingestellt wird. Für die in Bild 2 und 3 festgelegten Meßstellen erfolgt diese Verschiebung in
senkrechter Richtung. Bei größeren Hauptspannungsdifferenzen treten außer den Isochromaten
nullter Ordnung noch andere dunkle Linien, die
Isochromaten erster, zweiter und höherer Ordnung auf. In diesem Fall ist vor der i•lessung
di~ Ordnung der der Meßstelle am nächsten
liegenden Isochromate du~ch Verwendu~g von
weißem Licht zu bestimmen. Hierbei erscheinen
die Isochromaten erster und höherer Ordnung
farbig, wogegen die Isochromate nullter Ordnung dunkel bleiben. Oie Messung hat durch
Verschiebung der am_nächsten liege.nden Isochromate zu erfolgen, deren Ordnung k rechnerisch zu berücksichtigen ist.
Das Vorzeichen SDB ist im Bedarfsfall durch
die sqgenannte Nagelprobe am Probenrand zu bestimmen: Mit einem spitzen Gegenstand übt man
senkrecht auf den Probenrand einen Druck aus
und beobachtet die Veränderung der SDB.
Im Falle einer tangentialen Druckspannung an
der Randstelle erniedrigt sich die SDB, bei
einer tangentialen Zugspannung erhöht sie sich.
Da die Zugspannung gewöhnlich mit einem positiven Vorzeichen versehen wird, ist auch die
durch sie hervorgerufene SDB positiv.
5. Auswertung der Piüfung
An
= r
.2...
(~
1
100°
1
+
k)
[ nm/cm]
Es bedeuten:
An
Spannungsdoppelbrechung in nm/cm
.r Gangunterschied in nm
vom Licht durchlaufen.de Glasdicke in cm
1
~ = ~cllenlänge des Lichtes in nm
~·= Drehwinkel des Analysators in Grad
k = Isochromatenordnung k = .!_(0, 1, 2, ••• )
Die Spannungsdoppelbrechung
ßn in nm/cm ist
eine ßrechzahldif ferenz
Ll.n
•
10-
7
für die beiden Teilwellen.
6. Prüfprotokoll
Im Prüfprotokoll sind anzugeben:
- Glastyp und Schmelznummer
- Form und Maße. der Probe
- Meßstelle
- Temperatur
- vom Licht durchlaufende Glasdicke 1 in cm
- We~lenlänge A des verwendeten Lichtes in nm
- Spannungsdoppelbrechung An in nm/cm, auf
1 nm/cm gerundet, ohne Vorzeichen
- bei Prüflingen der Hochleistungsoptik Angabe
von An auf 0,1 nm/cm gerundet.
Anmerkung:
Auf Anforderung werden die Symmetriewerte, als
Differenz z1·1ischen Maximal- und f;inir:iah1erten
oder die entsprechenden Einzehiert · mitgeteilt.
-· Standard-l·lr.
- Prüfstelle
- Ort und Datum der Prüfung
- Name des Prüfers
3 Zur Zeit der Bestätigung des Standards stehen Meßgeräte des Kombinates
~[NA
VE~
Carl Zeiss
zur Verfügung, die noch einqm
~odifi-·
zierten S~narmont-Verfahren arbeiten und
für Gangunterschiede untar 20 nn diese Genauigkeit erreishen.
Hinweise
Ersatz für TGL 21 792 Ausg. 12.83
Änderungen: Forderungen für die Hochleistungsoptik aufgenomm~n.
vorliegender Standard sti~mt mit STP AZ 1014-87
inhaltlich vollständig überein.
Im vorliegenden Standard ist auf folgenden
Standard Bezug genommen:
TGL 34 868
Optisches farbloses Glas; Begriffe siehe
TGL 36 955
Die Zeit der Temperierung beträgt z. 9. bei
Quadern der Abmessungen 5 cm x 10 cm x 20 cm
einige Stunden.
Gegenüberstellung der in der ~GL 21 792 und
STP AZ 1014-87 verwendeten ::1,Jrzzeici1en.
:<urzzeichen
nach TGL 21 792
n
1
d.
"
:~u rzzeichen
nach STP AZ 1014-87
d
s
8
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