一种光学材料折射率的精密测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种光学材料折射率的精密测量装置，有透射型和反射型两类，透射型的测量装置包括宽光谱光源、第一分光镜、光功率计、被测样品、第二分光镜、零度入射角校准装置、透镜、光谱仪、位移装置和数据采集卡；反射型的测量装置包括宽光谱光源、第一分光镜、光功率计、第一抛物面反射镜、被测样品、第二分光镜、第三分光镜、零度入射角校准装置、第二抛物面反射镜、光谱仪、位移装置和数据采集卡。本实用新型操作简单，不需要调整光路，不需要将光学材料加工为特殊的形状，实现了无损测量。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学材料折射率测量【技术领域】，具体是一种光学材料折射率的精 密测量装置。 一种光学材料折射率的精密测量装置
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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 ±5Χ1(Γ6的测量精度。但是，最小偏向角法和自准直法的测量装置都有一个缺点，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 法的测量装置多用于液体、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-曾德干涉法的测量装置操作繁琐，测量 时需要对待测样品和测量光路进行反复调整。为了简化测量过程，一些测量装置采用单波 长法布里-珀罗干涉法测量光学材料折射率。此类装置虽然简化了测量过程，但是由于材 料厚度精确度的限制，得到的折射率精确度并不高，只能达到10'并且，通过上述测量装 置获得的折射率，只针对单个特定波长入射光，应用领域十分狭窄。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种光学材料折射率的精密测量装置，通过该装置能 够得到精确的光学材料厚度和折射率。
[0005] 本实用新型的技术方案为：
[0006] -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数据采集卡交互式信号连接。
[0007] -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数据采集卡交互式信号连接。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述数据采集卡选用研华PCI-1712系 列的数据采集卡。
[0012] 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、角位移平台和电控平台组成，所述二维精密移动载物平台和角位移平台分别通过电控 平台与数据采集卡交互式信号连接；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。
[0013] 所述的光学材料折射率的精密测量装置，所述电控平台选用Zolix SC300系列的 电控平台。
[0014] 本实用新型采用宽光谱光源入射，可以得到被测样品在一定波段内的折射率色散 曲线，从而可以利用不同波长入射光的残差函数在实际的光学材料厚度处唯一收敛的特 性，得到精确的光学材料厚度，提高折射率的测量精度。本实用新型采用电控平台分别控制 被测样品的二维位移坐标和角位移坐标，被测样品放置完成后，不需要对被测样品和测量 光路进行反复调整，简化了测量过程。本实用新型通过设置零度入射角校准装置，可以自动 完成被测样品表面入射角的较零工作。本实用新型无需将光学材料加工为特殊的形状(如 楔形)，可以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，从而减小空气 扰动对干涉信号稳定性的影响，实现对光学材料的无损测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的结构示意图(透射型）；
[0016] 图2是本实用新型的结构示意图（反射型)。
[0017] 上图中：1-宽光谱光源、21-第一分光镜、22-第二分光镜、23-第三分光镜、3-光 功率计、41-第一高反射镜、42-第二高反射镜、5-被测样品、6-二维PSD、7-二维精密移动 载物平台、8-角位移平台、91-第一抛物面反射镜、92-第二抛物面反射镜、10-透镜、11-光 谱仪、12-电控平台、13-数据采集卡。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。
[0019] 如图1所示，一种透射型的光学材料折射率的精密测量装置，包括宽光谱光源1、 第一分光镜21、第二分光镜22、光功率计3、第一高反射镜41、第二高反射镜42、被测样品 5、二维位置敏感探测器(二维PSD)6、二维精密移动载物平台7、角位移平台8、透镜10、光谱 仪11、电控平台12和数据采集卡13。电控平台12选用ZolixSC300系列的电控平台，数据 采集卡13选用研华PCI-1712系列的数据采集卡。
[0020] 宽光谱光源1的输出光路上设有第一分光镜21，第一分光镜21的反射光路上设有 光功率计3,第一分光镜21的透射光路上依次设有第二分光镜22、第一高反射镜41和被测 样品5,被测样品5的反射光路上依次设有第一高反射镜41和第二分光镜22,第二分光镜 22的反射光路上设有二维位置敏感探测器(二维PSD) 6,被测样品5的透射光路上依次设 有第二高反射镜42、透镜10和光谱仪11 ;被测样品5放置在二维精密移动载物平台7上， 二维精密移动载物平台7放置在角位移平台8上。二维精密移动载物平台7和角位移平台 8均与电控平台12交互式信号连接；宽光谱光源1、光功率计3、二维位置敏感探测器(二维 PSD) 6、光谱仪11、电控平台12均与数据采集卡13交互式信号连接。
[0021] 采用上述测量装置对光学材料折射率进行测量工作原理如下：
[0022] 将被测样品5放置在二维精密移动载物平台7上，宽光谱光源1输出的光束，一部 分经第一分光镜21反射后被光功率计3接收，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜 21透射和第一高反射镜41反射后到达被测样品5表面；被测样品5表面的反射光束经第 一高反射镜41反射和第二分光镜22反射后被二维位置敏感探测器(二维PSD)6接收，用于 校准零度入射角；被测样品5表面的透射光束经第二高反射镜42反射和透镜10聚焦后被 光谱仪11接收，用于探测透射光强；固定光束在被测样品5表面的入射位置，调整角位移平 台8,通过二维位置敏感探测器(二维PSD) 6校准零度入射角；通过二维精密移动载物平台 7和角位移平台8改变光束在被测样品5表面的入射位置和入射角，同时数据采集卡13采 集宽光谱光源1 (输出波段)、光功率计3、二维位置敏感探测器（PSD)6、光谱仪11的探测数 据和电控平台12的位移数据，得到每个单波长下的被测样品折射率以及被测样品在一定 波段内的折射率色散曲线。
[0023] 如图2所示，一种反射型的光学材料折射率的精密测量装置，包括宽光谱光源1、 第一分光镜21、第二分光镜22、第三分光镜23、光功率计3、被测样品5、二维位置敏感探测 器（PSD)6、二维精密移动载物平台7、角位移平台8、第一抛物面反射镜91、第二抛物面反射 镜92、光谱仪11、电控平台12和数据采集卡13。电控平台12选用Zolix SC300系列的电 控平台，数据采集卡13选用研华PCI-1712系列的数据采集卡。
[0024] 宽光谱光源1的输出光路上设有第一分光镜21，第一分光镜21的反射光路上设有 光功率计3,第一分光镜21的透射光路上依次设有第二分光镜22、第一抛物面反射镜91和 被测样品5,被测样品5的反射光路上依次设有第一抛物面反射镜91和第二分光镜22,第 二分光镜22的反射光路上设有第三分光镜23,第三分光镜23的反射光路上设有二维位置 敏感探测器(二维PSD)6,第三分光镜23的透射光路上依次设有第二抛物面反射镜92和光 谱仪11 ;被测样品5放置在二维精密移动载物平台7上，二维精密移动载物平台7放置在 角位移平台8上。
[0025] 二维精密移动载物平台7和角位移平台8均与电控平台12交互式信号连接；宽光 谱光源1、光功率计3、二维位置敏感探测器(二维PSD) 6、光谱仪11、电控平台12均与数据 采集卡13交互式信号连接。第一抛物面反射镜91与第二抛物面反射镜92的焦距相同。
[0026] 采用上述测量装置对光学材料折射率进行测量的工作原理如下：
[0027] 将被测样品5放置在二维精密移动载物平台7上，宽光谱光源1输出的光束，一部 分经第一分光镜21反射后被光功率计3接收，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜 21透射和第一抛物面反射镜91反射后到达被测样品5表面；被测样品5表面的反射光束 经第一抛物面反射镜91反射和第二分光镜22反射后到达第三分光镜23, 一部分光束经第 三分光镜23反射后被二维位置敏感探测器(二维PSD) 6接收，用于校准零度入射角，另一 部分光束经第三分光镜23透射和第二抛物面反射镜92反射后被光谱仪11接收，用于探测 反射光强；固定光束在被测样品5表面的入射位置，调整角位移平台8,通过二维位置敏感 探测器(二维PSD) 6校准零度入射角；通过二维精密移动载物平台7和角位移平台8改变 光束在被测样品5表面的入射位置和入射角，同时数据采集卡13采集宽光谱光源1 (输出 波段)、光功率计3、二维位置敏感探测器(二维PSD)6、光谱仪11的探测数据和电控平台12 的位移数据，得到每个单波长下的被测样品折射率以及被测样品在一定波段内的折射率色 散曲线。
[0028] 以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用 新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本 实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保 护范围内。
【权利要求】
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数据采集卡交互式信号连接。
2. -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数据采集卡交互式 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：所述数 据采集卡选用研华PCI-1712系列的数据采集卡。
7. 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、角位移平台和电控平台组成，所述二维精密移动载物平 台和角位移平台分别通过电控平台与数据采集卡交互式信号连接；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。
8. 根据权利要求7所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：所述电控平 台选用Zolix SC300系列的电控平台。
【文档编号】G01N21/41GK203849171SQ201420257867
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】董敬涛, 张琦, 吴周令, 陈坚, 赵建华, 陶海征 申请人:合肥知常光电科技有限公司