一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法及系统技术方案

本公开提出了一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法及系统，涉及光学特性测量技术领域，解决了立式测量无法应用于流动性液体、现有测量方法忽略了比色皿的影响以及应用波段较为局限等问题。技术方案为：基于特定波长下测量得到椭偏参数并计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数；绘制吸收指数随波长变化的对数曲线，截取吸收指数噪声较大的弱吸收波段；测量弱吸收波段内多种液体层厚度的垂直入射光谱透射率；对弱吸收波段内的每个测量波长，对比测量得到的透射率，选择液体层厚度和目标透射率；对于所截取的弱吸收波段，基于每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏法计算得到的折射率，获得弱吸收波段待测液体的吸收指数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法及系统
本公开属于光学特性测量
，尤其涉及一种基于椭偏/透射联合准确测量紫外-可见光-红外波段液体光学常数的方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。液体的光学常数包括折射率和吸收指数。由于液体光学常数是光-热辐射理论研究及应用领域中尤为关键的基础物性参数，目前已发展了多种测量方法，包括：衰减全反射法、透射法和椭圆偏振光谱法等。为了同时获得液体的折射率和吸收指数，衰减全反射法及透射法的结果后处理需要借助Kramers-Kronig(K-K)关系，但K-K关系的使用需要已知液体的高频折射率，且测量波段需要足够宽。椭偏法通过测量偏振光经样品表面反射或样品透射后偏振状态的改变来获得样品光学常数的方法。由于操作简单，测量精度高，椭偏法被广泛应用。此外，椭偏法适用于液体吸收较强的情况，透射法则适用于吸收较弱波段的测量。综上所述，常用的液体光学常数测量方法虽多，但每种方法的应用均存在诸多限制条件，液体由于其可流动性而无法实现立式测量，同时椭偏法无法准确测量弱吸收波段液体的吸收指数，以及透射法的应用需借助K-K关系等问题，将各种方法联合起来是液体光学常数测量方法发展的主流趋势。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种基于椭偏/透射联合准确测量紫外-可见光-红外波段液体光学常数的方法，将多种方法相结合、推导更精确的计算模型以得到紫外-可见光-红外波段液体的光学常数。为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一方面，公开了一种基于椭偏/透射联合准确测量紫外-可见光-红外波段液体光学常数的方法，包括：基于特定波长下测量得到椭偏参数并计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数；绘制吸收指数随波长变化的对数曲线，截取吸收指数噪声较大的弱吸收波段；测量弱吸收波段内多种液体层厚度的垂直入射光谱透射率；对弱吸收波段内的每个测量波长，对比测量得到的透射率，选择液体层厚度和目标透射率；对于所截取的弱吸收波段，基于每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏法计算得到的折射率，获得弱吸收波段待测液体的吸收指数。进一步的技术方案，考虑光学棱镜表面和光学棱镜/液体界面间多次反射作用，建立椭偏参数计算模型，基于该模型，根据测量得到的椭偏参数计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数。进一步的技术方案，测量得到的椭偏参数为一束45度线偏振光从环境垂直入射到光学棱镜表面时的椭偏参数。进一步的技术方案，所述椭偏参数包括待测液体对p偏振和s偏振光反射的振幅比及待测液体对p偏振和s偏振光反射的相位差。进一步的技术方案，弱吸收波段为吸收指数小于0.01的波段。进一步的技术方案，将每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏法计算得到的折射率代入透射率方程，设定优化目标函数并应用粒子群优化算法反演求解，得到弱吸收波段待测液体的吸收指数。进一步的技术方案，液体层厚度的选择原则是：透射率测量误差与透射率之比小于第一设定阈值；两个光学窗片与液体之间的透射率与两个光学窗片与空气之间的透射率之比介于第二阈值和第三阈值之间。进一步的技术方案，以选定的液体层厚度、目标透射率对应的计算系统透射率与对应的实验测量值之差的绝对值小于设定阈值为优化目标函数的优化目标。另一方面，公开了一种基于椭偏/透射联合准确测量紫外-可见光-红外波段液体光学常数的系统，包括：椭偏测量系统及透射测量系统；所述椭偏测量系统基于特定波长下测量得到椭偏参数并计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数；所述透射测量系统测量弱吸收波段内多种液体层厚度的垂直入射光谱透射率；处理器，被配置为：对弱吸收波段内的每个测量波长，对比测量得到的透射率，选择液体层厚度和目标透射率；对于所截取的弱吸收波段，基于每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏法计算得到的折射率，获得弱吸收波段待测液体的吸收指数。进一步的技术方案，所述椭偏测量系统包括两层，第一层是角度为45°的光学棱镜，第二层为待测液体；偏振光垂直入射到光学棱镜的侧面，经光学棱镜/液体界面反射后从光学棱镜另一侧面出射，光线最终进入探测器。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：1.本公开技术方案充分考虑界面间的多次反射效应，消除了光学窗片对测量产生的影响。2.本公开技术方案椭偏法与透射法相结合，克服了椭偏法无法准确测量弱吸收波段液体的吸收指数，以及透射法的应用需借助K-K关系等问题，能够同时准确获得弱吸收波段和强吸收波段的折射率和吸收指数。3.本公开技术方案反演过程采用粒子群优化算法，只需给定取值范围而无需给定初值，避免初值设置不当而增加计算成本。4.本公开技术方案提供了一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，将多种方法相结合、推导更精确的计算模型和测量系统，可以更准确地获得可见光-红外波段液体的光学常数。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例子基于“光学棱镜/液体”系统的椭偏测量原理图；图2为本公开实施例子基于“光学窗片/液体/光学窗片”系统的透射测量原理图；图3为本公开实施例子基于实施方案1和实施方案2中椭偏计算模型得到的去离子水折射率与文献结果的对比；图4为本公开实施例子椭偏/透射方法测量得到的蒸馏水光学常数；图5为本公开实施例子三种液体层厚度的透射率对比图及Tglg/Tgag的对比图；图6为本公开实施例子椭偏/透射方法测量得到的甲醇光学常数。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实施例解决了立式测量无法应用于流动性液体、现有测量方法忽略了比色皿的影响以及应用波段较为局限等问题。本公开的主要技术方案为：基于特定波长下测量得到椭偏参数并计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数；绘制吸收指数随波长变化的对数曲线，截取吸收指数噪声较大的弱吸收波段；测量弱吸收波段内多种液体层厚度的垂直入射光谱透射率；对弱吸收波段内的每个测量波长，对比测量得到的透射率，选择液体层厚度和目标透射率；对于所截取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，包括：/n基于特定波长下测量得到椭偏参数并计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数；/n绘制吸收指数随波长变化的对数曲线，截取吸收指数噪声较大的弱吸收波段；/n测量弱吸收波段内多种液体层厚度的垂直入射光谱透射率；/n对弱吸收波段内的每个测量波长，对比测量得到的透射率，选择液体层厚度和目标透射率；/n对于所截取的弱吸收波段，基于每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏法计算得到的折射率，获得弱吸收波段待测液体的吸收指数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，包括：
基于特定波长下测量得到椭偏参数并计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数；
绘制吸收指数随波长变化的对数曲线，截取吸收指数噪声较大的弱吸收波段；
测量弱吸收波段内多种液体层厚度的垂直入射光谱透射率；
对弱吸收波段内的每个测量波长，对比测量得到的透射率，选择液体层厚度和目标透射率；
对于所截取的弱吸收波段，基于每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏法计算得到的折射率，获得弱吸收波段待测液体的吸收指数。


2.如权利要求1所述的一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，考虑光学棱镜表面和光学棱镜/液体界面间多次反射作用，建立椭偏参数计算模型，基于该模型，根据测量得到的椭偏参数计算该波长下待测液体的折射率和吸收指数。


3.如权利要求1所述的一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，测量得到的椭偏参数为45度线偏振光从环境垂直入射到光学棱镜表面时的椭偏参数。


4.如权利要求1所述的一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，所述椭偏参数包括待测液体对p偏振和s偏振光反射的振幅比及待测液体对p偏振和s偏振光反射的相位差。


5.如权利要求1所述的一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，弱吸收波段为吸收指数小于0.01的波段。


6.如权利要求1所述的一种基于椭偏/透射联合测量液体光学常数的方法，其特征是，将每个波长下选定的液体层厚度、目标透射率、椭偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程超，马兰新，张文杰，谭建宇，刘林华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37