Optics and photonics — Optical materials and components — Test method for refractive index of infrared optical materials

This document provides a standard method for measuring the relative refractive index to the air of infrared materials used in the infrared spectral range from 0,78 µm to 25 µm. This document excludes methods for measuring the refractive index of birefringent materials and methods for measuring the complex refractive index.

Optique et photonique — Matériaux et composants optiques — Méthode d'essai de l'indice de réfraction des matériaux optiques infrarouges

Le présent document fournit une méthode normalisée de mesure de l'indice de réfraction relatif à l’air des matériaux infrarouges utilisés dans le domaine spectral infrarouge allant de 0,78 µm à 25 µm. Les méthodes de mesure de l'indice de réfraction des matériaux biréfringents et de l'indice de réfraction complexe sont exclues du présent document.

General Information

Status
Published
Publication Date
29-Nov-2021
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
30-Nov-2021
Due Date
18-Feb-2022
Completion Date
30-Nov-2021
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ISO 17328:2021 - Optics and photonics -- Optical materials and components -- Test method for refractive index of infrared optical materials
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ISO 17328:2021 - Optique et photonique -- Matériaux et composants optiques -- Méthode d'essai de l'indice de réfraction des matériaux optiques infrarouges
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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17328
Second edition
2021-11
Optics and photonics — Optical
materials and components — Test
method for refractive index of infrared
optical materials
Optique et photonique — Matériaux et composants optiques —
Méthode d'essai de l'indice de réfraction des matériaux optiques
infrarouges
Reference number
ISO 17328:2021(E)
© ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 17328:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2021

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on

the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below

or ISO’s member body in the country of the requester.
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
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ISO 17328:2021(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ..................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions .................................................................................................................................................................................... 1

4 Method for measuring ........................................................................................................................................... .........................................2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Principle ....................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Apparatus and procedure for measurement ............................................................................................................... 3

4.4 Wavelength of light beam for measurement ................................................................................................................ 3

5 Specimens.................................................................................................................................................................................................................... 4

5.1 The shape and dimensions of the specimen prism ................................................................................................ 4

5.2 Surface accuracy ................................................................................................................................................................................... 4

6 Test report .................................................................................................................................................................................................................. 5

Annex A (informative) Apparatus for measurement .......................................................................................................................... 6

Annex B (informative) Analysis of errors ...................................................................................................................................................13

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................15

iii
© ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 17328:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to

the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see

www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee

SC 3, Optical materials and components.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 17328:2014), which has been technically

revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— clarification of the description of the device;
— addition of contents to the test report.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO 17328:2021(E)
Introduction

This document applies to the measurement of relative refractive index to the air for infrared optical

materials.

Two categories of major methods for measuring the refractive index of infrared materials exist. These

are interferometric methods and minimum deviation methods. In this document, a test method using

minimum deviation for infrared materials is described. The same method is applicable to materials

used in the visible spectral range, either. It has the advantages of being applicable to more kinds of

materials compared with interferometric methods and of ease of data processing because of the simple

measurement principle.

Although the refractive index is temperature-dependent, this document describes a measurement

method at a stable temperature (ambient air temperature).
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17328:2021(E)
Optics and photonics — Optical materials and components
— Test method for refractive index of infrared optical
materials
1 Scope

This document provides a standard method for measuring the relative refractive index to the air of

infrared materials used in the infrared spectral range from 0,78 µm to 25 µm.

This document excludes methods for measuring the refractive index of birefringent materials and

methods for measuring the complex refractive index.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 11382:2010, Optics and photonics — Optical materials and components — Characterization of optical

materials used in the infrared spectral range from 0,78 µm to 25 µm
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
refractive index

ratio of the velocity of the electromagnetic waves at a specific wavelength in a vacuum to the velocity of

the waves in the medium
[SOURCE: ISO 12123:2018, 3.1]
3.2
relative refractive index

ratio of the refractive index (3.1) of the material of the specimen to the refractive index (3.1) of the

material in contact with the specimen at a specific wavelength
3.3
angle of minimum deviation

angle between the ray incident upon the specimen prism and the ray exiting the specimen prism at its

minimum value, which occurs when the ray inside the specimen prism makes equal angles with the

entrance and the exit faces of the specimen prism
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ISO 17328:2021(E)
4 Method for measuring
4.1 General

In this document, the technique of the minimum deviation method for measuring refractive index is

described.
The minimum deviation method shall be applied for measuring refractive index.
4.2 Principle

As shown in Figure 1, when the monochromatic light beam is refracted by the specimen prism with

minimum deviation, the relative refractive index of the specimen prism to the air at the wavelength of

the monochromatic light beam is described by the following Formula (1):
sin[]()αδ + 2
n = (1)
rel
sin α 2
where
n is the relative refractive index of the specimen prism to the air;
rel
α is the apex angle of the specimen prism;

δ is the angle of minimum deviation of the monochromatic light beam refracted by the specimen

prism.
Key
1 monochromatic light source optics
2 specimen prism
3 rotating stage
4 goniometer
5 detector optics
α apex angle of the specimen prism
δ angle of minimum deviation
Figure 1 — Schematic of the minimum deviation method

The monochromatic light beam shall be parallel to the plane of section of the specimen prism,

(see Figure 2, item 2).
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ISO 17328:2021(E)
Key
1 plane of section
Ridge line.
Figure 2 — Ridge line and the plane of section of the specimen prism
4.3 Apparatus and procedure for measurement
The apparatus for measurement shall be equipped with the following:

a) a method to emit a collimated monochromatic light beam of a specified wavelength to the specimen

prism;

b) a method to vary the angle of the collimated monochromatic light beam to the entrance face of the

specimen prism;

c) a method to determine the direction of the monochromatic light beam refracted by the specimen

prism;
d) a method to indicate the angle of minimum deviation, δ;
e) a method to measure the temperature of the specimen prism.

Examples of apparatus for measurement of the angle of minimum deviation are shown in Annex A. A

procedure for measurement is also described in Annex A. In addition, the absolute value of the angle of

deviation error is described in Annex B.
See Figure 1.
4.4 Wavelength of light beam for measurement

The wavelengths of measurement shall adequately sample the spectral range of interest to enable curve

fitting of the data to a dispersion formula, allowing calculation of the relative refractive index at any

arbitrary wavelength within the spectral range.
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ISO 17328:2021(E)
5 Specimens
5.1 The shape and dimensions of the specimen prism

The specimen shall be a wedged prism made of the material to be measured. The entrance face and the

exit face shall be polished.

An example of the shape of the specimen prism is shown in Figure 3. The optimum apex angle (such that

error in measurement of the apex angle is least severe) for a material of the relative refractive index,

n , is given by Formula (2):
rel
α = 2arctan 1 n (2)
rel

For low index materials, this relation may result in undesirably large apex angles; this relation shall be

used as guidance.
Key
1 chamfer
α apex angle of the specimen prism
A entrance face of the specimen prism
B exit face of the specimen prism
C side face of the specimen prism
Ridge line.
Figure 3 — Shape of the specimen prism
5.2 Surface accuracy

The surface accuracy of the entrance face and the exit face of the specimen prism shall be measured

with an interferometer. Any measured power term shall not be subtracted from measurement data. A

surface flatness error should be 150 nm P-V or less over the entire clear aperture of the specimen prism

faces.
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ISO 17328:2021(E)
6 Test report
The test report shall specify the following:
a) specimen name in accordance with ISO 11382:2010, 5.6;
b) date, place, measurer name;
c) temperature, humidity, air pressure of the ambient air;
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17328
Deuxième édition
2021-11
Optique et photonique — Matériaux
et composants optiques — Méthode
d'essai de l'indice de réfraction des
matériaux optiques infrarouges
Optics and photonics — Optical materials and components — Test
method for refractive index of infrared optical materials
Numéro de référence
ISO 17328:2021(F)
© ISO 2021
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ISO 17328:2021(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2021

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Publié en Suisse
© ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 17328:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos .............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction .................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ...................................................................................................................................................................................1

2 Références normatives ..................................................................................................................................................................................1

3 Termes et définitions ...................................................................................................................................................................................... 1

4 Méthode de mesure ........................................................................................................................................................................................... 2

4.1 Généralités ................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Principe ......................................................................................................................................................................................................... 2

4.3 Appareillage et mode opératoire de mesure ............................................................................................................... 3

4.4 Longueur d'onde du faisceau lumineux pour le mesurage .............................................................................. 3

5 Échantillons ...................................................................... ......................................................................................................................................... 4

5.1 Forme et dimensions du prisme échantillon ............................................................................................................... 4

5.2 Précision de surface ........................................................................................................................................................................... 4

6 Rapport d'essai ...................................................................................................................................................................................................... 5

Annexe A (informative) Appareillage pour le mesurage ............................................................................................................... 6

Annexe B (informative) Analyse des erreurs ..........................................................................................................................................13

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................15

iii
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ISO 17328:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document

a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2

(voir www.iso.org/directives).

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www.iso.org/iso/fr/avant-propos.

Le présent document a été élaboré par le Comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-

comité SC 3, Matériaux et composants optiques.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 17328:2014), qui a fait l'objet d'une

révision technique.

Les principales modifications par rapport à l'édition précédente sont les suivantes:

— clarification de la description du dispositif;
— ajout de contenus dans le rapport d'essai.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www.iso.org/members.html.
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ISO 17328:2021(F)
Introduction

Le présent document s'applique au mesurage de l'indice de réfraction relatif à l’air des matériaux

optiques infrarouges.

Il existe deux grands types de méthodes pour mesurer l'indice de réfraction des matériaux infrarouges.

Il s'agit des méthodes interférométriques et des méthodes du minimum de déviation. Le présent

document comporte la description d'une méthode d'essai utilisant le minimum de déviation pour les

matériaux infrarouges, laquelle est également utilisée dans le domaine spectral visible. Il présente

l'avantage de s'appliquer à davantage de types de matériaux, comparativement aux méthodes

interférométriques, et permet un traitement des données aisé grâce à son principe de mesure simple.

Bien que l'indice de réfraction dépende de la température, le présent document décrit une méthode de

mesure à une température stable (température de l'air ambiant).
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NORME INTERNATIONALE ISO 17328:2021(F)
Optique et photonique — Matériaux et composants
optiques — Méthode d'essai de l'indice de réfraction des
matériaux optiques infrarouges
1 Domaine d'application

Le présent document fournit une méthode normalisée de mesure de l'indice de réfraction relatif à l’air

des matériaux infrarouges utilisés dans le domaine spectral infrarouge allant de 0,78 µm à 25 µm.

Les méthodes de mesure de l'indice de réfraction des matériaux biréfringents et de l'indice de réfraction

complexe sont exclues du présent document.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 11382:2010, Optique et photonique — Matériaux et composants optiques — Caractérisation des

matériaux optiques utilisés dans la bande spectrale infrarouge de 0,78 µm à 25 µm

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
indice de réfraction

rapport de la vitesse des ondes électromagnétiques à une longueur d'onde spécifique dans le vide à la

vitesse des ondes dans le matériau
[SOURCE: ISO 12123:2018, 3.1]
3.2
indice de réfraction relatif

rapport de l'indice de réfraction (3.1) du matériau de l'échantillon à l'indice de réfraction (3.1) du matériau

en contact avec l'échantillon à une longueur d'onde spécifique
3.3
angle du minimum de déviation

angle formé entre le rayon incident frappant le prisme échantillon et le rayon s'échappant du prisme

échantillon à sa valeur minimale, qui s'obtient lorsque le rayon à l'intérieur du prisme échantillon forme

des angles égaux avec les faces d'entrée et de sortie du prisme échantillon
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ISO 17328:2021(F)
4 Méthode de mesure
4.1 Généralités

Le présent document décrit la technique de la méthode du minimum de déviation pour le mesurage de

l'indice de réfraction.

La méthode du minimum de déviation doit être appliquée pour le mesurage de l'indice de réfraction.

4.2 Principe

Comme cela est présenté à la Figure 1, lorsque le faisceau lumineux monochromatique est réfracté

par le prisme échantillon selon le minimum de déviation, l'indice de réfraction relatif à l’air du prisme

échantillon à la longueur d'onde du faisceau lumineux monochromatique est décrit par la Formule (1):

sin[]()αδ + 2
n = (1)
rel
sin α 2
n est l'indice de réfraction relatif à l’air du prisme échantillon;
rel
α est l'angle de sommet du prisme échantillon;

δ est l'angle du minimum de déviation du faisceau lumineux monochromatique réfracté par le

prisme échantillon.
Légende
1 système optique fournissant une source lumineuse monochromatique
2 prisme échantillon
3 plateau rotatif
4 goniomètre
5 détecteur optique
α angle de sommet du prisme échantillon
δ angle du minimum de déviation
Figure 1 — Représentation schématique de la méthode du minimum de déviation

Le faisceau lumineux monochromatique doit être parallèle au plan de section du prisme échantillon

(voir Figure 2, point 2).
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ISO 17328:2021(F)
Légende
1 plan de section
Ligne d'arête.
Figure 2 — Ligne d'arête et plan de section du prisme échantillon
4.3 Appareillage et mode opératoire de mesure
L'appareillage de mesure doit comporter les éléments suivants:

a) un moyen d'émettre un faisceau lumineux monochromatique collimaté d'une longueur d'onde

spécifiée vers le prisme échantillon;

b) un moyen de faire varier l'angle du faisceau lumineux monochromatique collimaté par rapport à la

face d'entrée du prisme échantillon;

c) un moyen de déterminer la direction du faisceau lumineux monochromatique réfracté par le prisme

échantillon;
d) un moyen d'indiquer l'angle du minimum de déviation, δ;
e) un moyen de mesurer la température du prisme échantillon.

Des exemples d'appareillages pour le mesurage de l'angle du minimum de déviation sont présentés à

l'Annexe A. L'Annexe A comporte également la description d'un mode opératoire de mesure. De plus, la

valeur absolue de l'angle de l’erreur de déviation est décrite à l'Annexe B.
Voir Figure 1.
4.4 Longueur d'onde du faisceau lumineux pour le mesurage

Les longueurs d'onde de mesure doivent représenter un échantillon adéquat de la bande spectrale

étudiée afin de réaliser un ajustement de courbe des données par rapport à une formule de dispersion,

qui permet de calculer l'indice de réfraction relatif pour n'importe quelle longueur d'onde choisie

arbitrairement dans la bande spectrale.
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ISO 17328:2021(F)
5 Échantillons
5.1 Forme et dimensions du prisme échantillon

L’échantillon doit être un prisme cale constitué du matériau faisant l'objet du mesurage. Les faces

d'entrée et de sortie doivent être polies.

Un exemple de la forme du prisme échantillon est représenté à la Figure 3. L'angle de sommet optimal

(de sorte que l'erreur de mesure liée à l'angle de sommet soit la moins importante) pour un matériau

présentant un indice de réfraction relatif, n est donné par la Formule (2)
rel
α = 2arctan 1 n (2)
rel

Pour les matériaux à faible indice, cette relation peut aboutir à des angles de sommet excessivement

grands. Cette relation doit être utilisée à titre de recommandation.
Légende
1 chanfrein
α angle de sommet du prisme échantillon
A face d'entrée du prisme de l'échantillon
B face de sortie du prisme de l'échantillon
C face latérale du prisme de l'échantillon
Ligne d'arête.
Figure 3 — Forme du prisme échantillon
5.2 Précision de surface

La précision de surface des faces d'entrée et de sortie du prisme échantillon doit être mesurée à l'aide

d'un interféromètre. Aucun terme de puissance mesuré ne doit être retranché des données de mesure.

Il convient que tout écart de planéité de surface soit inférieur ou égal à 150 nm P-V sur toute l'ouverture

libre des faces du prisme échantillon.
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ISO 17328:2021(F)
6 Rapport d'essai
Le rapport d'essai doit comporter les points suivants:
a) le nom de l'échantillon conformément à l'ISO 11382:2010, 5.6;
b) la date, le lieu, le nom de la personne ayant effectué le mesurage;
c) la température, l'humidité, la pression atmosphérique de l'air ambiant;
d) l'angle de sommet du prisme échantillon;
e) la température du prisme échantillon;
f) la précision de surface de la face d'entrée et de la face de sortie;

g) les longueurs d'onde et la largeur de bande (largeur à mi-hauteur) utilisées pour le mesurage d

...

Questions, Comments and Discussion

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