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何謂雙折射
光在各項同性(isotropic)介質中,如:水、玻璃,光將沿折射定律所定的方向傳播,但在各向異性(anisotropic) 的介質,如: 單軸晶體、石英、紅寶石,會有一條光線被折射成二條光線的光學雙折射現象。
雙折射晶體或樣本 內存在二個軸,互相正交。當光經過非均向介質,會分解為兩道不同路徑的折射光,其一恆遵守折射率定律的正常光(ordinary ray, o-ray), 其光的偏振方向,即電場振動方向是垂直於光軸,另一道即是違反折射率定律的光為異常光(extraordinary ray, e-ray ) , 其光的偏振方向是平行於光軸。這二分解的光會以不同的速度前進, 如果入射光與晶體面有一定的角度,則這二個分解的光 的折射角也會不同,形成雙折射現象。
雙折射的測量方式
光學元件內部應力產生的雙折射效應會影響到光的偏振 狀態,而這在微平板印刷、激光光學和天文學等應用方 面是不能容忍的。通常精確測量微小應力雙折射的要求非常苛刻。而能夠同時給出應力雙折射空間分佈及其方 向的圖像偏振測量儀,使這一問題得到了很好的解決。在不太嚴格的條件下,光學玻璃通常可認為是均勻的, 其折射率在各個方向上處處相等的。但是,由材料原因 或者生產過程形成的應力會使材料的結構發生形變,從而沿軸向產生了局部密度差異。
光在介質中的傳播速度 與材料密度有關,局部密度的變化導致了光在介質中傳 播時的速度差異,以及與方向相關的折射率的改變。
介質在應力的作用下產生的雙折射現象,就是所謂的應 力雙折射(SBR)。除了光學上各向同性的材料外,也同樣存在著許多自然形成的光學各向異性材料,也就是我們所熟知的雙折射材料,例如方解石和石英晶體。對於這些材料,在機械應力的作用下也能看到折射率比的變化,這些變化可以如此之大以至於造成晶體材料 的損傷。甚至於局部折射率的微小變化也會對光學元件的成像質量產生負面影響,從而影響其功能。此外, 雙折射改變了透射光的偏振狀態,這在諸如計量等應 用方面是有害的。因此,在光學材料及元件的製造中, 精確確定應力雙折射及其空間分佈是極其重要的。
注塑成型及雙折射測量
注塑成型是,將溶化的樹料填充至模具裡,並讓它固化的一個過程,液體狀態樹脂由於溫度差異而在模具裡一遍固化一遍流動,技術者必需把我這些流動狀況, 並安定控制來提升良率。透過測量可視化模具內部的 結果,實際看見樹脂如流動。樹脂流動方向依照不同 模具形狀、膠口形狀、成型條件而變化,以前可以透 過模擬來推測,不過無法透過對成型品的分析來判斷 樹脂流動。
雙折射數據的應用 注塑成型模擬軟體有各種類,結果取決於參數及過濾 設定。因此非常困難判斷模擬結果的正確性 ,這性質 限制模擬功能的有效性 ,透過雙折射測量,便可獲得數據能夠與模擬結果比較也可獲得數據能夠與模擬結 果比較 。透過調整參數來使得模擬結果一致於實際模流。最後可以使模擬測試的有效性大幅提升以及可理 解所有現象發生可縮短改善問題時間。
結語
塑膠光學元件已經被廣泛的應用於各種工業界應用, 如鏡頭、燈罩、光碟、光導板等。然而,透明 性塑膠 射出元件的雙折射問題嚴重地影響著光學成像品質,已經被視為重要的產品品質指標。雙折射在射出製程 中主要由材料流動受到的剪切效應與溫度凍結所影響。使用偏光感應器,便可將雙折射的大小面分佈數據,可以提升效率以高速地定量分析。
透過雙折射軸 方位,能夠對實際成型品進行樹脂流動分析,使用雙 折射分析,能評估並管理成型品的品質,最後利用模擬軟體一起使用,即可更詳細地解析成型現象。 ■