CN111735793A - 一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学材料，属于光学材料加工领域。一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法，首先向石英晶体入射红外光，测定反射光频率；然后调整入射红外光频率，使之在850cm‑1～750cm‑1范围扫描；然后360度范围内调整石英晶体的方向，直至反射光谱由双峰转换为单峰，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向。该方法能够迅速确定晶体的光轴方向。同时相比于现有光学打磨肉眼识别技术，本技术能够适用于各种表面形貌的石英晶体，而且无需对样品进行处理，所有样品均可上机测试。与当前国内外同类技术相比，本方法效率高、成本低、无毒环保、操作方便，突破了传统的方法，且适用于大小不同、表明形貌各异的石英样品。
Description
技术领域
本发明涉及光学材料的加工，尤其涉及一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法。
背景技术
各向异性晶体内存在沿着此方向不产生双折射的轴向，在此轴向上光线在各向异性晶体内不产生双折射的方向，此方向称为此晶体的光轴方向，简称为晶体光轴。晶体光轴实际是标识晶体内部粒子阵列排布方向的参数，对利用晶体各向异性性质具有非常重要的作用。
压电石英指具有压电效应的石英晶体，在光电工业制造领域被广泛用来制作石英钟、振荡器、谐振器、滤波器、高频振荡器等，进而应用在大量精密仪器仪表中。由于石英晶体是各向异性的，沿着不同的方位进行切割，就得到不同的几何切型晶片。每一种切片都以一定几何切型为依据，表现出力电转换类型、转换效率、压电系数、弹性系数、介电常数、温度特性和谐振频率的不同,这直接关系到传感器的设计、制造和使用性能。因此，石英晶体在加工成压电石英前需要对石英晶体进行定向，首先要找准光轴方向。
传统的石英定向通常有两种方法，一是根据晶面的发育特征进行定向，石英晶体一般发育有六方柱、菱面体、三方双锥等单形面，而光轴平行于石英柱面交棱；另一种方法可借助锥光镜，寻找石英光轴方向特有的空心同心圆形干涉图(俗称“牛眼”干涉图)，观测到牛眼干涉图时平行视线方向为石英光轴方向。但这两种方法有极大的局限性：①如果晶体表面存在破损无法识别较为完整的晶面，就难以定性各个晶面相交关系，从而无法给晶体定向；②当晶体表面或表层存在杂质或晶面磨损时，会影响晶体透光性，在锥光镜下无法观测干涉图。自然产出或人工生长的大量优质晶体表面形态不佳的情况极为常见，如果先对晶体表面进行切磨，势必花费较大精力、物力，且不可避免地对晶体造成损耗。
因此，无损快速准确地寻找石英晶体光轴方向，具有极大的生产应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法，解决现在晶体光轴寻找过程复杂、效率低下的问题。
技术方案
一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法，步骤包括：
步骤1.向石英晶体入射红外光，测定反射光频率；
步骤2.调整入射红外光频率，使之在850cm-1～750cm-1范围扫描；
步骤3.360度范围内调整石英晶体的方向，直至反射光谱由双峰转换为单峰，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向。
进一步，所述双峰包含801cm-1～795cm-1的峰A和783cm-1～777cm-1的峰B，当峰B消失时，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向。
进一步，步骤3还包括，当783cm-1～777cm-1的峰B消失时，对样品以反射装置样品台面(即水平面)为对称面反转180°，验证该角度下峰B仍消失，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向，也就意味着两次测定的入射光与反射光夹角的中线分别与晶体两个测量的界面存在的交点，各个交点垂直样品台射线方向即为光轴方向。
进一步，本领域技术人员理解，大块晶体固体可能存在多块单晶共生结合成一整块的状态，此种情况下会导致将样品以反射装置样品台面(即水平面)为对称面反转180°后，实际在测量大块结合晶体中另一块单晶的晶轴，这时峰B未必能够消失。此种情况即确定该晶体为多个单晶共生结合而成，可以测定出其中多个单晶各自的晶轴方向。
进一步，所述入射红外光的入射角度选自：0～15度，优选为：0～5度。
进一步，所述入射红外光分辨率为5～12cm-1，优选为7～9cm-1。
有益效果
采用本发明所提供的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，利用红外扫描设备能够极大地缩短复杂样品定向过程的时间,迅速确定晶体的光轴方向。同时相比于现有光学打磨肉眼识别技术，本技术能够适用于各种表面形貌的石英晶体，而且无需对样品进行处理，所有样品均可上机测试。与当前国内外同类技术相比，本方法效率高、成本低、无毒环保、操作方便，突破了传统的方法，且适用于大小不同、表明形貌各异的石英样品。
附图说明
图1为本发明调整光路的反射采谱装置示意图；
图2为本发明调整不同晶体方向测定反射红外光强度谱图；
图3为本发明实施例在光轴上测定反射红外光强度图；
图4为本发明采用常规手段验证光轴方向。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图1至4，进一步阐述本发明。
本发明是提出一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法，首先选取待测石英晶体，然后向石英晶体入射红外光，测定其反射光频率；不断调整入射红外光频率，使之在850cm-1～750cm-1范围对该测试样品点进行频率扫描；旋转样品，在360度范围内调整石英晶体的方向，当反射光谱由双峰转换为单峰，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向。
仪器设置：采用Nicolet iS5型傅里叶变换中红外光谱仪配置能实现图1所示调整光路的反射采谱装置。
背景信号：采集谱图前用金镜或铝镜置于待测反射采谱装置孔径光阑上，采集环境单光束背景谱图，消除环境干扰。
参数调整：设置红外光谱仪分辨率8cm-1，开启仪器软件Omnic的快速扫描示波功能。多角度多维方向变换样品测试位置，观察快速扫描得到的光谱图，结果记录如附图2。
确定光轴：根据图2确定光轴方向，在光轴方向上进行入射红外光-反射红外光扫描，如附图3。
由附图3可以看出，入射红外光沿光轴方向采集的石英反射红外光谱在850cm-1～750cm-1范围内仅呈现801cm-1～795cm-1范围内单峰，而缺失783cm-1～777cm-1反射峰，对入射点进行标记，以标记点为基准，对垂直样品台方向进行标记。
常规方法验证：先对样品确定光轴后的与光轴相垂直的两个表面抛光，以增强样品的肉眼视觉透明度。将样品置于正交偏光镜下，让两个标记点连线垂直于偏光镜镜片，在样品上部加置聚光镜，此时聚光镜与正交偏光镜组合为锥光镜。
借助锥光镜观测样品，所有样品均可观测到完整的“牛眼”干涉图，即使样品透明度差，经切磨足够薄而近乎透明时，借助锥光镜视线沿标记方向进行观察，全部可见典型“牛眼”干涉图，如附图4。
由此可见，该方法寻找到了石英光轴方向特有的空心同心圆形干涉图(俗称“牛眼”干涉图)，观测到牛眼干涉图时平行视线方向为石英光轴方向。
因此，该方法能够无损快速准确地寻找石英晶体光轴方向，适用于各种表面形貌的石英晶体，无需对样品进行处理，所有样品均可上机测试。与当前国内外同类技术相比，本方法效率高、成本低、无毒环保、操作方便，突破了传统的方法，且适用于大小不同、表明形貌各异的石英样品，具有极大的生产应用价值。
Claims (9)
1.一种无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1.向石英晶体入射红外光，测定反射光频率；
步骤2.调整入射红外光频率，使之在850cm-1～750cm-1范围扫描；
步骤3.360度范围内调整石英晶体的方向，直至反射光谱由双峰转换为单峰，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向。
2.如权利要求1所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：所述双峰为包含801cm-1～795cm-1的峰A和783cm-1～777cm-1的峰B。
3.如权利要求2所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：当783cm-1～777cm-1的峰B消失时，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为光轴方向。
4.如权利要求3所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：步骤3包括，360度范围内调整石英晶体的方向，直至反射光谱由双峰转换为单峰，当783cm-1～777cm-1的峰B消失时，对样品以反射装置样品台面为对称面反转180°，进一步验证此角度下峰B仍消失，即确定入射红外光与反射红外光之间的中线方向即为晶体的光轴方向。
5.如权利要求4所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：当对样品以平行反射装置样品台面的平面为对称面反转180°，此角度下峰B未消失时，即判定该晶体为多块单晶粘连结合，存在多个晶轴方向。
6.如权利要求1～5任一项权利要求所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：所述入射红外光的入射角度选自：0～15度。
7.如权利要求1～5任一项权利要求所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：所述入射红外光的入射角度选自：0～5度。
8.如权利要求1～5任一项权利要求所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：所述入射红外光分辨率为5～12cm-1。
9.如权利要求1～5任一项权利要求所述的无损寻找石英晶体光轴方向的方法，其特征在于：所述入射红外光分辨率为7～9cm-1。
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