ISO 17328:2021
(Main)Optics and photonics — Optical materials and components — Test method for refractive index of infrared optical materials
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.
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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)
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ISO 17328:2021(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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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
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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).
v
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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
n
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
δ
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
1
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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).
2
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ISO 17328:2021(E)
Key
1 plane of section
a
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.
3
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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
a
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.
4
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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;
d
...
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
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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
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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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
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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
n
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
δ
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
1
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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
()
où
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).
2
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ISO 17328:2021(F)
Légende
1 plan de section
a
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.
3
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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
a
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.
4
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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
...
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