"ГОСТ Р 71683-2024. Национальный стандарт Российской Федерации. Оптика и фотоника. Стекло оптическое. Метод определения волновой аберрации по двулучепреломлению"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 11.10.2024 N 1433-ст)

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИИФООЛИОС ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") и Федеральным государственным бюджетным учреждением "Российский институт стандартизации" (ФГБУ "Институт стандартизации")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 296 "Оптика и фотоника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 октября 2024 г. N 1433-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Настоящий стандарт распространяется на оптическое бесцветное стекло по ГОСТ 3514, оптическое стекло серии 100, оптическое кварцевое стекло по ГОСТ 15130 (далее - стекло) и устанавливает метод определения волновой аберрации, обусловленной термоупругими напряжениями в стекле, по двулучепреломлению на длине волны 550 нм.

Метод предназначен для контроля качества заготовок стекла и готовых деталей любых размеров и форм, кроме призм.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 3514 Стекло оптическое бесцветное. Технические условия

ГОСТ 3519 Материалы оптические. Методы определения двулучепреломления

ГОСТ 3521 Стекло оптическое. Метод определения бессвильности

ГОСТ 15130 Стекло кварцевое оптическое. Общие технические условия

ГОСТ 23136 Материалы оптические. Параметры

ГОСТ 23778 Измерения оптические поляризационные. Термины и определения

ГОСТ 32361 Стекло и изделия из него. Пороки. Термины и определения

ГОСТ 32539 Стекло и изделия из него. Термины и определения

ГОСТ Р 8.568 Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

ГОСТ Р 8.654 Государственная система обеспечения единства измерений. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения

ГОСТ Р 8.674 Государственная система обеспечения единства измерений. Общие требования к средствам измерений и техническим системам и устройствам с измерительными функциями

ГОСТ Р 8.678 Государственная система обеспечения единства измерений. Форма оценки соответствия технических систем и устройств с измерительными функциями установленным требованиям

ГОСТ Р 71250 Оптика и фотоника. Производство оптических материалов. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 23778, ГОСТ 32539, ГОСТ 32361 и ГОСТ Р 71250, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 двулучепреломление (двойное лучепреломление): Явление, заключающееся в возникновении двух взаимно перпендикулярных направлений в среде, параллельно которым ориентируются плоскости поляризации ортогональных линейно-поляризованных составляющих оптического излучения при его распространении в этой среде.

3.2 фотоупругость: Свойство оптического материала, заключающееся в изменении его показателя преломления при приложении к нему нагрузок сжатия или растяжения, в результате чего материал переходит из изотропного в анизотропное состояние и возникает двулучепреломление лучей света, которое исчезает при снятии приложенного напряжения.

Примечание - Фотоупругость оптического материала характеризуется фотоупругими постоянными C₁ и C₂, выражающими приращение показателей преломления в направлениях вдоль и перпендикулярно действию напряжения, равного 105 Па, а также оптическим коэффициентом напряжения B = C₁ - C₂.

3.3 оптический коэффициент напряжения: Постоянная, связывающая разность показателя преломления необыкновенного и обыкновенного лучей.

4.1 Метод определения волновой аберрации, обусловленной термоупругими напряжениями, состоит в измерении разности хода при двулучепреломлении в испытуемом образце стекла (заготовка, оптическая деталь) в рабочем направлении по краю и в направлении наибольшего размера в середине торца и последующим расчетом волновой аберрации.

4.2 При проведении испытаний должны быть обеспечены следующие условия, если иные не указаны в нормативной документации (НД) на испытуемый образец стекла и используемую аппаратуру:

- температура воздуха в помещении - (25 +/- 10) °C;

- относительная влажность воздуха - от 45% до 80% (при температуре воздуха 20 °C);

- атмосферное давление - от 86,6 до 106,6 кПа.

4.3 Перед началом испытаний образцы стекла должны быть выдержаны в указанных условиях не менее 2 ч или в течение времени, достаточного для достижения ими температуры окружающего воздуха по всему объему, если условия хранения и транспортирования от них отличались.

4.4 Средства измерений, их составные части и программное обеспечение, стандартные образцы, средства контроля и испытательное оборудование, эталоны единиц величин должны обеспечивать проведение мониторинга и измерений параметров и характеристик процессов и продукции в заданных условиях и диапазонах измерений с необходимой точностью и соответствовать требованиям НД.

4.5 Средства измерений должны быть поверены или откалиброваны.

4.6 Эталоны единиц величин должны быть аттестованы.

4.7 Стандартные образцы должны иметь утвержденный тип и соответствовать установленному сроку службы.

4.8 Испытательное оборудование должно быть аттестовано в соответствии с ГОСТ Р 8.568; средства измерений, используемые в составе испытательного оборудования, должны быть поверены.

4.9 Средства контроля и индикаторы, являющиеся техническими средствами, должны быть проверены на соответствие эксплуатационной документации.

4.10 Программное обеспечение средств измерений должно соответствовать требованиям ГОСТ Р 8.654.

4.11 Технические системы и устройства с измерительными функциями должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 8.674 и ГОСТ Р 8.678.

5.1 Испытуемые образцы стекла (заготовки, готовые оптические детали) могут иметь форму дисков, прямоугольных и квадратных пластин, а также линз. Отношение диаметра (диагонали) к толщине должно быть не менее 1,5:1.

5.2 Поверхности заготовок в направлении просмотра могут быть шлифованными или полированными. Измерение двулучепреломления в заготовках с необработанными и шлифованными поверхностями проводят с применением иммерсионной жидкости.

5.3 Определение волновой аберрации по двулучепреломлению заготовок размером не более 100 мм проводят выборочно, при размере более 100 мм контролю подлежит каждая заготовка.

5.4 При использовании метода определения волновой аберрации по двулучепреломлению в качестве приемо-сдаточного испытания стекла контролю подлежат отбираемые от каждой партии образцы стекла, именуемые пробой.

5.5 Для выборочного контроля от каждой партии, составленной из заготовок одной варки и одного отжига, отбирают пробу в количестве 5% заготовок партии, но не менее 10 шт.

5.6 При отборе пробы учитывают следующее:

а) отбираются наиболее крупные заготовки;

б) при совместном отжиге заготовок разных партий отбираемые заготовки должны, по возможности, соответствовать наивысшим заданным категориям по оптической однородности по ГОСТ 23136.

Примечание - Метод определения волновой аберрации по двулучепреломлению, применяемый для установления категории оптической однородности стекла, приведен в приложении А.

6.1 Измерения двулучепреломления в образцах стекла по краю и в торцовом направлении проводят на поляризационном измерительном компенсаторе или полярископе-поляриметре.

6.2 Поляризационный измерительный компенсатор, полярископ-поляриметр и их составные части должны соответствовать требованиям ГОСТ 3519.

7.1 Подготовка к измерениям - по ГОСТ 3519.

7.2 Проведение измерений - по ГОСТ 3519. Измеряют число темных полос N между нейтральной полосой и серединой или краем образца и угол поворота анализатора при компенсации разности хода лучей в рабочем направлении.

Примечания

1 Двулучепреломление в направлении наибольшего размера заготовки измеряют в середине торца заготовки.

2 Допускается проводить измерения у края торца заготовок с отношением диаметра (диагонали) к толщине менее 6:1, при этом измеренное значение следует уменьшить в два раза.

3 При измерении двулучепреломления по краю в несимметричных линзах в расчет принимают размер стекла в направлении просмотра в месте измерения.

8.1 Разность хода при двулучепреломлении по краю , нм/см, вычисляют по формуле

где N_к - число темных полос между нейтральной полосой и краем заготовки стекла;

- угол поворота анализатора при компенсации разности хода лучей в рабочем направлении, град;

d - толщина образца, в направлении которой измеряют N_к и , см.

Примечание - Перед значением разности хода при двулучепреломлении, соответствующей напряжениям сжатия, ставят знак минус, перед напряжениями растяжения - плюс.

8.2 Разность хода при двулучепреломлении по торцу , нм/см, вычисляют по формуле

где N_т - число темных полос между нейтральной полосой и серединой заготовки стекла;

- угол поворота анализатора при компенсации разности хода лучей в направлении наибольшего размера стекла, град;

l - размер образца (длина или диаметр), в направлении которого измеряют N_т и , см.

8.3 Волновую аберрацию K_н вычисляют по формуле

где - оптический коэффициент напряжения, нм·см/кгс, установленный для стекол разных марок;

- длина волны при измерении двулучепреломления на поляриметре с зеленым светофильтром;

C₁ - фотоупругая постоянная, характеризующая приращение показателя преломления при увеличении напряжений в стекле на 1 кгс/см² для излучения с колебаниями, параллельными направлению действия напряжений, см²/кгс;

C₂ - фотоупругая постоянная, аналогичная C₁, но для излучения с колебаниями, перпендикулярными направлению действия напряжений, см²/кгс.

Значения C₁ и C₂ для оптических бесцветных стекол различных марок приведены в приложении Б.

8.4.1 Волновую аберрацию по номограмме (см. приложение В) определяют в следующей последовательности:

а) для марки стекла испытуемого образца по таблице В.1 находят значения коэффициентов M и P;

б) через точки ординат, соответствующие измеренному значению минус и коэффициенту минус M, проводят прямую I до пересечения с ординатой ;

в) через точки ординат, соответствующие измеренному значению и коэффициенту минус P, проводят прямую II до пересечения с ординатой ;

г) через точки, полученные по перечислениям б) и в), проводят прямую III. По точке пересечения этой прямой с ординатой K_н/d определяют значение K_н/d.

Примечание - Перед значением разности хода при двулучепреломлении, соответствующей напряжениям сжатия, ставят знак минус, перед напряжениями растяжения - плюс.

8.4.2 При наличии в заготовках зон с краевым двойным лучепреломлением, соответствующим напряжениям растяжения, для вычисления значения K_н/d по номограмме из значения ординаты вычитают значение ординаты , т.к. в этом случае знак у изменится на обратный.

8.5 Для испытуемого образца определяют максимальное K_н.макс и минимальное K_н.мин значения волновой аберрации.

8.6 Астигматизм волнового фронта вышедшей из стекла световой волны вычисляют по формуле

Примечание - Значения K_н.макс и K_н.мин подставляют в формулу с учетом знака "+" или "-".

8.7 Погрешность метода определения значения волновой аберрации не должна превышать , где .

9.1 Результаты измерений оформляют в виде протокола по форме, принятой в организации, проводившей измерения.

9.2 В протоколе указывают следующие сведения:

- полное и сокращенное наименование организации, проводившей измерения;

- дату проведения измерений;

- основание и цель проведения измерений;

- тип и номер основных средств измерений и вспомогательных устройств;

- данные об условиях проведения измерений (параметры окружающей среды или другие параметры, указанные в НД);

- идентификационные данные образцов;

- результаты измерений.

В конце протокола должны быть указаны должности, фамилии, инициалы, а также подписи всех сотрудников, проводивших измерения и обработку их результатов.

Форма протокола определения волновой аберрации по двулучепреломлению приведена в приложении Г.

А.1 Значения волновых аберраций K_н и , определенные по двулучепреломлению, рекомендуется применять для оценки оптической однородности, категории которой установлены в ГОСТ 23136.

А.2 Полная волновая аберрация обстоит из трех составляющих:

- K_ф - волновая аберрация, обусловленная физической неоднородностью показателя преломления, возникшей в процессе отжига заготовки стекла;

- - астигматизм волнового фронта, обусловленного неоднородностью показателя преломления, возникшего вследствие неравномерного распределения напряжений по краю заготовки;

- K_х - волновая аберрация, обусловленная химической неоднородностью показателя преломления, возникшей в процессе варки или разделки стекла.

А.3 Волновая аберрация K_ф, обусловленная физической неоднородностью показателя преломления, возникшей в процессе отжига заготовки стекла, представляет собой сумму волновых аберраций, обусловленных структурной неоднородностью K_с и неоднородностью, вызванной термоупругими напряжениями K_н:

А.4 Для того чтобы волновая аберрация K_х не выводила испытуемый образец за пределы заданной категории оптической однородности, бессвильность испытуемого образца, определяемая по ГОСТ 3521, должна соответствовать требованиям ГОСТ 23136 по оптической однородности.

А.5 Структурную составляющую волновой аберрации K_с исключают для бесцветного оптического стекла, за исключением кварцевого стекла, в заготовках и готовых деталях, отожженных при соблюдении любого из следующих условий:

а) температура выдержки T₁ при отжиге заготовки соответствует вязкости 10^{11,6 +/- 0,2} пуаз (см. таблицу А.1). При этом длительность выдержки должна быть не менее указанной в таблице А.2. Скорость охлаждения не регламентируется, но она должна быть такой, чтобы охлаждение всех точек отжигаемой заготовки (партии заготовок) начиналось от температуры, соответствующей вязкости 10¹³ пуаз и менее, с одинаковой скоростью;

б) температура выдержки T₂ при отжиге заготовки соответствует вязкости 10^{13,0 +/- 0,5} пуаз (см. таблицу А.1). При этом длительность выдержки должна быть не менее значений, указанных в таблице А.2. Скорость снижения температуры в ответственном периоде отжига до температуры T₃ (см. таблицу А.1) должна быть постоянной и не превышать значений, указанных в таблице А.3;

в) если заготовка получена путем холодной разделки блочного стекла, то при отжиге блока температура выдержки должна соответствовать вязкости от 10⁸ до 10¹⁰ пуаз. Длительность выдержки при этой температуре должна быть не менее 12 ч. При этом все точки отжигаемого блока должны начинать линейное охлаждение от температуры, соответствующей вязкости 10^{13,0 +/- 0,5} и менее пуаз, с одинаковой скоростью.

Фотоупругие постоянные оптических бесцветных стекол приведены в таблице Б.1.

В.1 Допускается использовать номограмму (см. рисунок В.1) для определения волновой аберрации по двулучепреломлению с вычислением значения по формуле

где - коэффициент, зависящий от марки стекла (см. таблицу В.1);

- коэффициент, зависящий от марки стекла (см. таблицу В.1).

В.2 Коэффициенты M и P стекол серии 100 допускается приравнивать к значениям этих коэффициентов стекол-аналогов по ГОСТ 3514.

В.3 Номограмма (см. рисунок В.1) построена для случая, соответствующего напряжениям сжатия, и состоит из трех прямоугольников. Левый прямоугольник решает часть формулы как произведение коэффициента минус M, отложенного на наклонной прямой, на измеренное значение минус (левая ордината).

Правый прямоугольник - произведение коэффициента минус P, отложенного на наклонной прямой, на измеренное значение (правая ордината).

Средний прямоугольник дает решение в виде .

Умножив найденное значение на толщину заготовки d, вычисляют значение волновой аберрации K_н.

Значения коэффициентов номограммы для определения волновой аберрации по двулучепреломлению приведены в таблице В.1.

В.4 Для повышения точности определения волновой аберрации на единицу толщины стекла номограмму (применительно к специализации предприятий-изготовителей) следует разбить на части. Масштаб номограммы должен обеспечивать нахождение значения d с точностью, указанной в таблице В.2.

В.5 При построении левого прямоугольника номограммы рекомендуется ось разделить на равные деления.

Полученные точки соединить прямыми с точкой , т.е. с вершиной левого нижнего угла прямоугольника. Пересечение этих прямых с диагональю прямоугольника, соединяющей начало осей минус и , даст точки, соответствующие значениям коэффициента минус M.

Построение правого прямоугольника номограммы выполняют аналогично.

Измерения провели: