ICS 81.040.01 JC CCS Q30 中华人民共和国建材行业标准 JC/T 2851—2024 光学石英玻璃应力双折射试验方法 点扫描法 Test method for stress birefringence of optical silica glass-Point scanning 2024-10-24 发布 2025-05-01实施 中华人民共和国工业和信息化 发布 JC/T 2851—2024 前言 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起 草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国建筑材料联合会提出。 本文件由全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员会（SAC/TC447）归口。 本文件起草单位：中国建筑材料科学研究总院有限公司、中国国检测试控股集团股份有限公司、中 建材衢州金格兰石英有限公司、久智光电子材料科技有限公司、北京空间机电研究所。 本文件主要起草人：聂兰舰、符博、回爽、秦卫光、张泽敏、杨学东、孔敏、孙世君、陈亚新、贾 亚男、刘瑞旺、周建欣、王京侠、邵竹锋、王慧、王蕾、王宏杰、张辰阳、李娜、刘昌良、徐肖飞 一 JC/TX2851—2024 光学石英玻璃应力双折射试验方法点扫描法 1范围 本文件规定了点扫描法检测光学石英玻璃应力双折射的原理、试验装置、试样、试验条件、试验 步骤、数据处理和试验报告等。 本文件适用于光学石英玻璃应力双折射的测试，其他玻璃材料可参考使用。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用 于本文件。 GB/T21389游标、带表和数显卡尺 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 应力双折射stressbirefringence 玻璃在应力作用下，一束垂直入射玻璃表面的偏振光产生两个主应力方向互相垂直的两束偏振光， 因两者传播速度不同而导致折射率不同，即应力引起的双折射现象。 [来源：GB/T7962.5-2010，3.1，有修改] 3. 2 光程差opticalpathdifference 偏振光垂直入射应力作用下的玻璃时，分解为互相垂直的两束偏振光，因两者传播路径不同而产 生路径距离差。 注：该光程差也被称为应力延迟量。 [来源：GB/T7962.5-2010，3.2，有修改] 3. 3 光弹调制器photoelasticmodulators；PEM 基于双折射效应和光弹效应的光学调制器件，调制o光和e光通过光弹调制器的相位差，从而改变 光的偏振态。 1 JC/T2851—2024 注：光弹调制器类似于“动态的波片”，可以使快轴和慢轴之间产生一个周期变化的折射率差，从而控制透过光 束的偏振进行周期性的变化。 4原理 利用光弹调制器（PEM），通过对线偏振光添加一定的相位，使输出光的偏振产生周期性变化，从 而使快轴和慢轴之间产生一个周期变化的折射率差。 采用单色光光源（通常采用波长为632.8nm的氢氛激光光源），发射出的光束通过45°偏振片（即 起偏器）后形成偏振光；偏振光经过0°光弹调制器，调整光束的偏振状态，使光束进行连续周期性的 变化；调整后的光束通过试样后，经过分光片被分成两束光，一束光经过0°偏振片传到探测器A，另 大器或数字信号处理器调制分析，将光强放大，经过测试软件的数据计算得出光束入射试样位置的单点 应力双折射值，如公式（1）所示。基于以上原理设计的应力测试设备单点测试原理图如图1所示。 S: (1) 180t 式中： 8一试样单位厚度的应力双折射值，单位为纳米每厘米（nm/cm）； t一试样通光方向的厚度，单位为厘米（cm）； の一测得最大应力时的检偏器旋转角度，单位为度（°）； 一测试光源波长，单位为纳米（nm）。 标引序号说明： 单色光光源； 1- 2- +45°偏振片（起偏器）； 0°光弹调制器： 发射系统； 5- 试样： 6- 探测器A； 0°偏振片： 8- 分光片； -45°偏振片（检偏器）： 9 10- 探测器B; 11- 探测系统： 12- 锁相放大器（数字信号处理器）： 13- 计算机。 JC/T2851—2024 图1应力测试设备单点测试原理图 在单点测试基础上，采用点扫描法，发射系统与探测系统处于同一运行支架上，且分别位于试样两 侧，保持两者水平安装，采用自动控制系统使平台的发射系统与探测系统按照设定程序同步移动，对被 测样品进行逐点扫描，通过扫描可得出整块光学石英玻璃通光面方向所有位置点的应力双折射值分布云 图情况，以实现光学石英玻璃应力双折射的全通光口径测试。应力测试设备点扫描原理如图2所示。 2 标引序号说明： 1一一X方向移动导轨： 2——Y方向移动导轨： 3——样品台： 4—一发射系统： 5——试样； 6——探测系统。 图2应力测试设备点扫描原理图 5试验装置 5.1组成 应力测试设备由以下部分构成： a）电控系统：用于对光源、移动导轨等部件的控制。 b）样品台：采用大理石材质平台，厚度300mm以上。 c）移动导轨：包括X方向移动导轨和Y方向移动导轨，移动导轨定位精度不大于0.1mm。 d）发射系统：用于产生发射光束。包括单色光光源、45°偏振片、0°光弹调制器等组件。 e）探测系统：用于接收入射光束通过试样后经分光片分解的两束光。探测系统包括分光片、0°偏 振片、探测器A、-45°偏振片和探测器B等组件。 f）锁相放大器/数字信号处理器：将探测系统接收的光强度放大，调制分析探测器A和探测器B输出 的光弹调制谐波信号。 g）计算机：主要用于测试操作软件的安装、参数设定、操作使用、结果计算与显示。 5.2扫描方式 5.2.1扫描方式 3 JC/T2851—2024 按照设定的步长同步自动移动光束发射系统与探测系统，移动发射系统产生的光束垂直通过试样， 由探测系统接收，并将接收的信号传输到锁相放大器/数字信号处理器，经过测试软件的数据计算得出 光入射试样位置的单点应力双折射值。扫描完成时自动计算出试样的各位置点的应力分布云图和试样最 大应力双折射值。 5.2.2扫描移动轨迹 应力测试设备有两种扫描运行轨迹： 第一种：首先让Y轴方向不变，测试起始点先沿X轴方向按照设定的步进间隔持续运行一个间距单 位后，运行至设定边界处停止；此时让X轴方向不变，沿Y轴方向运行一个间距单位；然后再让Y轴方 向不变，沿X轴反方向运行一个间距单位后，再让X轴方向不变，沿Y轴方向运行一个间距单位，如此 反复，直至检测完所有点位，运行轨迹示意图如图3a）所示。 第二种：首先让X轴方向不变，测试起始点先沿Y轴方向按照设定的步进间隔持续运行一个间距单 位后，运行至设定边界处停止；此时让Y轴方向不变，沿X轴方向运行一个间距单位；然后再让X轴方 向不变，沿Y轴反方向运行一个间距单位后，再让Y轴方向不变，沿X轴方向运行一个间距单位，如此 反复，直至检测完所有点位，运行轨迹示意图如图3b）所示。 2V Y X a）第一种扫描轨迹 b）第二种扫描轨迹 标引序号说明： 一扫描起始点： 2——试样； 3—一扫描轨迹； 4一一扫描结束点。 图3应力测试设备扫描轨迹示意图 5.3精确度 应力测试设备测试精确度应不大于0.1nm/cm。 6试样 除特殊要求外，试验样品应满足如下要求： a）试样应为平板，测试前在试样表面至少测试4个点的厚度，测量值的最大差值不应超过其平均 厚度的2%； b）试样表面不应有影响测量的产生附加应力的附着物； c）如果试样表面为粗糙表面，应均匀涂抹折射率匹配液，折射率匹配液与被测物品折射率差不大 于0.015。 4 JC/T2851—2024 7试验条件 除特殊要求外，试验应在下述环境条件下进行： a）环境温度：22C±3C，温度波动不超过1°C： b）相对湿度：不大于75%； c）洁净度：10万级； d）设备周边无震动干扰源。 8试验步骤 8.1试样在试验环境下应恒温放置不小于8h。 8.2采用GB/T21389规定的量具测量试样的厚度，其中对矩形样品至少应测四条边的中心点，圆形 样品至少测试周长的四等分点，并计算其平均值作为试样厚度t。 8.3按照应力测试设备操作规程，打开电控柜及电脑开关，进入测试软件，调整应力测试设备光源 的位置，使其位于启动原点。 8.4在确认入射光束正常发出的条件下空测，测试值应不大于0.005nm/cm，保证应力测试设备进入 正常稳定的工作状态。 8.5将试样垂直放置于样品台上，将发射系统与探测系统对准试样的扫描起始点，试样通光面迎向 测量光方向，确保透过试样的光能够被探测器有效接收并在试样上标记出测试起始点。必要时可采用样 品支架安装试样。 8.6根据试样的边长或直径，设定X、Y两个运行方向的最大行程，按照表1的规定分别输入X、Y 两个运行方向的步进间隔，并输入试样的平均厚度t，开始测试。 8.7测试完成后取下试样，将应力测试设备的发射系统与探测系统回归至启动原点。 表1步进间隔的选取 单位为毫米 测试区域边长或直 D≤50 50<D≤150 150<D≤300 300<D≤500 D>500 径D 最大步进间隔 1×1 2×2 5x5 10×10 20×20 数据处理 测量系统控制软件自动计算并输出各位置点的应力双折射值及分布云图。选取测量点中最大的应力 双折射值作为试样的试验结果，试验结果保留2位小数。 10试验报告 试验报告至少应包括以下内容： a）本文件名称和编号； b