基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置和測量方法
2023-05-01 09:55:01 1
基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置和測量方法
【專利摘要】本發明屬於光學材料測量【技術領域】，具體為一種基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置和測量方法。本發明測量裝置包括：一低相干度光源、分束鏡,兩片平板玻璃組成的F-P腔,二維樣品臺、待測樣品、聚焦透鏡、耦合光纖、光譜儀和計算機；測量時將F-P腔調至使入射光垂直入射，待測量樣品插入腔內並使光束垂直入射樣品表面，通過測量樣品放入腔內前後的兩幅光譜數據，就可以計算出樣品的幾何厚度d和群速折射率ng；本發明測量裝置結構簡單，測量方法操作簡便，測量精度高。系統易於製成小型化和可攜式裝置。
【專利說明】基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置和測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於光學材料測量【技術領域】，具體涉及一種光學透明材料折射率及厚度測量裝置和測量方法。
【背景技術】
[0002]光學材料的幾何厚度，折射率是材料應用的重要參數，對這些參數的測量已經提出了不少方法，但現有方法都存在一些不足。如有些基於時域掃描的方法，需要移動樣品或聚焦透鏡，這會使測量速度慢，同時增加系統調節難度。有的頻域OCT的測量方法中，由於參考臂的存在，使得測量系統相對體積較大。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種結構簡單、測量性能好的光學透明材料折射率及厚度測量方法和裝置。測量系統可以實現小型化和可攜式。
[0004]本發明提供的光學材料厚度和折射率的測量方法和裝置，是基於頻域光譜測量，無需要機械掃描機構。
[0005]本發明提供的光學透明材料折射率及厚度測量裝置，包括一低相干度光源1，分束鏡(非偏振分光鏡)2，構成F-P腔的兩塊平板玻璃3和4，二維樣品臺5，待測樣品6，聚焦透鏡7，稱合光纖8,光譜儀9,計算機10 ;其中，低相干度光源1、非偏振分光鏡2、F-P腔的兩塊平板玻璃3和4、二維樣品臺5，聚焦透鏡7分別固定在工作檯面上，相對獨立；耦合光纖8直接與光譜儀9連接，光譜儀9與計算機10通過數據總線連接以進行數據傳輸。
[0006]該測量裝置可以同時測量透明光學材料的幾何厚度d和群速折射率ng。
[0007]本發明中，所述低相干度光源I可以採用白光LED，或採用可見及近紅外寬帶雷射二極體(LD)。
[0008]本發明中，F-P腔的兩塊平板玻璃3和4內表面無鍍膜，或可鍍低於50%的增反膜。
[0009]本發明中，所述聚光透鏡7可以採用消色差透鏡。
[0010]本發明中，所述耦合光纖8可以採用單模光纖。
[0011]本發明中，所述譜儀9可以採用可見-近紅外波段光譜測量儀。
[0012]本發明提出的測量光學材料厚度和折射率的方法，為基於頻域光譜法。
[0013]頻域光譜技術是一種低相干度光波包的光譜幹涉技術，通過對測量的幹涉光譜進行Fourier變換，可以得到參與幹涉的兩波包的相對光程差，其中包含厚度和折射率信肩、O
[0014]測量時，先將待測光學材料製成平行板狀，作為待測樣品；在待測樣品放入測量裝置樣品臺前，使測量裝置初始化，使入射光與F-P腔面垂直入射；測量反射光譜，對其進行Fourier變換，得到空腔的光程0PD。；然後把待測樣品放入樣品臺，並使入射光垂直樣品表面.測量系統反射光譜；對系統反射光譜進行Fourier變換，得到三個峰，對應於F-P腔內樣品前後表面，及兩個空氣層的光程:OPD& OPDal, iFib;根據這些量，可以得到樣品的群折射率ng和厚度d:
【權利要求】
1.一種基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置，其特徵在於:包括一低相干度光源(I)，分束鏡(2)，構成的F-P腔的兩塊平板玻璃(3、4)，二維樣品臺(5)，待測樣品(6)，聚焦透鏡(7)，耦合光纖(8)，光譜儀(9)，計算機(10);其中，低相干度光源(I)、分束鏡(2)、F-P腔的兩塊平板玻璃(3)和(4)、二維樣品臺(5)，聚焦透鏡(7)分別固定在工作檯面上，相對獨立；耦合光纖(8)直接與光譜儀(9)連接，光譜儀(9)與計算機(10)通過數據總線連接以進行數據傳輸。
2.根據權利要求1所述的基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置，其特徵在於:所述低相干度光源(I)為白光LED，或為可見及近紅外寬帶雷射二極體。
3.根據權利要求1所述的基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置，其特徵在於:所述F-P腔的兩塊平板玻璃(3、4)內表面無鍍膜，或鍍低於50%的增反膜。
4.根據權利要求1所述的基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置，其特徵在於:所述聚光透鏡(7)為消色差透鏡。
5.根據權利要求1所述的基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置，其特徵在於:所述耦合光纖(8)為單模光纖。
6.根據權利要求1所述的基於光譜幹涉的透明材料折射率及厚度測量裝置，其特徵在於:所述光譜測量儀(9)為可見-近紅外波段光譜測量儀。
7.基於權利要求1所述測量裝置的透明材料折射率及厚度測量方法，其特徵在於具體步驟為: (1)將待測光學材料製成平行板狀，作為待測樣品； (2)測量裝置初始化，使入射光與F-P腔面垂直入射；測量反射光譜，對其進行Fourier變換，得到空腔的光程OPDc ； (3)然後把待測樣品放入樣品臺，並使入射光垂直樣品表面，測量系統反射光譜；對系統反射光譜進行Fourier變換，得到三個峰，對應於F-P腔內樣品前後表面，及兩個空氣層的光程:OPD9 OPDal, OPDa2 ； (4)計算得到樣品的群折射率ng和厚度d:d = OPDc~ OPDal -OPDa2 ng = OPDs I d。
【文檔編號】G01B11/06GK103983609SQ201410197325
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】劉建華, 張克, 陶李, 程文凱, 陳忠平 申請人:復旦大學