一种光学材料折射率的精密测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学材料折射率的精密测量装置及方法，该装置及方法能够实现宽光谱分析法和法布里-珀罗干涉法的结合，通过全局残差分析，得到精确的光学材料厚度和折射率，通过对宽光谱法布里-珀罗干涉系统进行光谱分析，可以得出某个连续波段下光学材料的折射率色散曲线。本发明专利技术提高了折射率的测量精度，利用绝大多数光学材料自身的平行平板结构形成稳定的干涉腔，减小了空气扰动对干涉信号稳定性的影响，避免了将光学材料加工为特殊的形状，实现了光学材料的无损测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学材料折射率测量
，具体是。
技术介绍
折射率是评价光学材料的一种基本物理特性。光学材料折射率的测量方法大体有三类:一是利用光在具有特定形状的待测光学材料中的折射情况测量光学材料折射率，如最小偏向角法和自准直法；二是利用全反射现象测量光学材料折射率，如临界角法(又称阿贝折射法)；三是利用干涉原理测量光学材料折射率，如迈克尔逊干涉法、法布里-珀罗干涉法、马赫-曾德干涉法和瑞利干涉法。第一类方法中，最小偏向角法是各种测量方法中精度较高的一种，可获得±5X10_6的测量精度。但是，最小偏向角法和自准直法都有一个缺点，即待测光学材料必须加工为特定的形状(如楔形)才可以测量，该特定形状的加工精度直接影响到折射率的测量精度，同时也无法实现待测光学材料的无损在线测量。第二类方法中，临界角法多用于液体、气体光学材料折射率的测量，测量固体光学材料时，由于待测光学材料表面粗糙度和平整度加工状态不同，造成待测光学材料与测量棱镜非紧密接触，因此会带来临界角差异，从而产生折射率误差。第三类方法中，虽然对待测光学材料的形状没有特殊严格的限制，但是迈克尔逊干涉法和马赫-曾德干涉法的干涉臂中的光程暴露在空气中，会受到空气扰动和环境的震动影响干涉信号的稳定性。为了减少环境因素的影响，一些方法采用单波长法布里-珀罗干涉法测量光学材料折射率。此类方法虽然减小了环境因素的影响，但是由于材料厚度d精确度的限制，得到的折射率精确度并不高，只能达到10_3。并且，通过上述方法获得的折射率，只针对单个特定波长入射光，应用领域十分狭窄。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方便且准确的光学材料折射率的精密测量装置及方法，将宽光谱分析法和法布里-珀罗干涉法相结合，通过全局残差分析，得到精确的光学材料厚度和折射率。本专利技术的技术方案为:一种光学材料折射率的精密测量装置，该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上设有被测样品；所述被测样品的反射光路上设有第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置；所述被测样品的透射光路上依次设有透镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。—种光学材料折射率的精密测量装置，该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上依次设有第一抛物面反射镜和被测样品；所述被测样品的反射光路上依次设有所述第一抛物面反射镜和第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有第三分光镜；所述第三分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置，所述第三分光镜的透射光路上依次设有第二抛物面反射镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述第一分光镜与被测样品之间的光路上设有第一高反射镜，所述被测样品与透镜之间的光路上设有第二高反射镜；所述第一高反射镜也设于被测样品与第二分光镜之间的光路上。所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述第一抛物面反射镜与第二抛物面反射镜的焦距相同。所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述零度入射角校准装置为二维位置敏感探测器。所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述位移装置由二维精密移动载物平台、角位移平台和平台控制器组成，所述二维精密移动载物平台和角位移平台分别通过平台控制器与计算机交互式信号连接；所述被测样品固定于二维精密移动载物平台上，所述二维精密移动载物平台固定于角位移平台上。所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述平台控制器选用ZoliXSC300系列的平台控制器。所述的一种光学材料折射率的精密测量方法，包括以下步骤:(I)将被测样品放置在位移装置上,宽光谱光源输出的光束,一部分经第一分光镜反射后进入光功率计，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜透射后到达被测样品表面；(2)被测样品表面的反射光束经第二分光镜反射后进入零度入射角校准装置，用于校准零度入射角；被测样品表面的透射光束经透镜聚焦后进入光谱仪，用于探测透射光强；(3)固定光束在被测样品表面的入射位置，调整位移装置，通过零度入射角校准装置校准零度入射角；(4)通过位移装置改变光束在被测样品表面的入射位置和入射角，同时采集宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置和光谱仪的探测数据，生成一定波段内法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线；(5)从一定波段内法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线中提取出多个单波长法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线；(6)根据每个单波长法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线，得到每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线.(7)通过对多个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线进行分析比较，在一定的被测样品厚度范围内，找出对应相同的被测样品厚度的残差函数收敛极值，即为每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数唯一收敛位置，所述对应相同的被测样品厚度即为被测样品的实际厚度；(8)根据被测样品的实际厚度和每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数，确定每个单波长下的被测样品折射率；(9)根据得到的每个单波长下的被测样品折射率，绘制被测样品在一定波段内的折射率色散曲线。所述的一种光学材料折射率的精密测量方法，包括以下步骤:(I)将被测样品放置在位移装置上,宽光谱光源输出的光束,一部分经第一分光镜反射后进入光功率计，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜透射和第一球面反射镜反射后到达被测样品表面；(2)被测样品表面的反射光束经第一抛物面反射镜反射和第二分光镜反射后到达第三分光镜，一部分光束经第三分光镜反射后进入零度入射角校准装置，用于校准零度入射角，另一部分光束经第三分光镜透射和第二抛物面反射镜反射后进入光谱仪，用于探测反射光强；(3)固定光束在被测样品表面的入射位置，调整位移装置，通过零度入射角校准装置校准零度入射角；(4)通过位移装置改变光束在被测样品表面的入射位置和入射角，同时采集宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置和光谱仪的探测数据，生成一定波段内法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线；(5)从一定波段内法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线中提取出多个单波长法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线；(6)根据每个单波长法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线，得到每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线.(7)通过对多个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线进行分析比较，在一定的被测样品厚度范围内，找出对应相同的被测样品厚度的残差函数收敛极值，即为每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数唯一收敛位置，所述对应相同的被测样品厚度即为被测样品的实际厚度；(8)根据被测样品的实际厚度和每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上设有被测样品；所述被测样品的反射光路上设有第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置；所述被测样品的透射光路上依次设有透镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上设有被测样品；所述被测样品的反射光路上设有第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置；所述被测样品的透射光路上依次设有透镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。2.一种光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上依次设有第一抛物面反射镜和被测样品；所述被测样品的反射光路上依次设有所述第一抛物面反射镜和第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有第三分光镜 ；所述第三分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置，所述第三分光镜的透射光路上依次设有第二抛物面反射镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。3.根据权利要求1所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:所述第一分光镜与被测样品之间的光路上设有第一高反射镜，所述被测样品与透镜之间的光路上设有第二高反射镜；所述第一高反射镜也设于被测样品与第二分光镜之间的光路上。4.根据权利要求2所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:所述第一抛物面反射镜与第二抛物面反射镜的焦距相同。5.根据权利要求1或2所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:所述零度入射角校准装置为二维位置敏感探测器。6.根据权利要求1或2所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:所述位移装置由二维精密移动载物平台、角位移平台和平台控制器组成，所述二维精密移动载物平台和角位移平台分别通过平台控制器与计算机交互式信号连接；所述被测样品固定于二维精密移动载物平台上，所述二维精密移动载物平台固定于角位移平台上。7.根据权利要求6所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于:所述平台控制器选用Zolix SC300系列的平台控制器。8.根据权利要求1所述的一种光学材料折射率的精密测量方法，其特征在于，包括以下步骤: (O将被测样品放置在位移装置上，宽光谱光源输出的光束，一部分经第一分光镜反射后进入光功率计，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜透射后到达被测样品表面； (2)被测样品表面的反射光束经第二分光镜反射后进入零度入射角校准装置，用于校准零度入射角；被测样品表面的透射光束经透镜聚焦后进入光谱仪，用于探测透射光强； (3)固定光束在被测样品表面的入射位置，调整位移装置，通过零度入射角校准装置校准零度入射角； (4)通过位移装置改变光束在被测样品表面的入射位置和入射角，同时采集宽光谱光源、光功率计、零度...

【专利技术属性】
技术研发人员：董敬涛，张琦，吴周令，陈坚，赵建华，陶海征，
申请(专利权)人：合肥知常光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34