一种测量玻璃光学常数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及玻璃生产及深加工领域，尤其设及一种测量玻璃光学常数的方法。
【背景技术】
[0002] 玻璃的光学常数包括折射率和消光系数。折射率主要体现玻璃对光的反射情况； 消光系数主要体现玻璃对光的吸收情况。而玻璃对光的吸收情况是由玻璃的成分及烙制工 艺决定；因此，测量玻璃的消光系数，分析玻璃的吸收数据，可W用于研究玻璃生产的工艺 性能。另外，在玻璃深加工的锻膜领域中，锻膜产品的光学性能由玻璃基底和膜层共同决 定，玻璃基底的光学常数是进行膜系设计的基础，采用不同光学常数的玻璃锻制相同的膜 层会得到不同光学效果的产品。在批量生产中需要实现批次间产品性能的一致性，因此检 验并控制玻璃基底光学常数的一致是保证生产质量一致性的重要内容。
[0003] 目前，一般利用楠偏仪对材料的光学常数进行测试。该仪器的测量原理是；利用光 线经材料表面反射后的P方向和S方向偏振光的强度及相位信息，对材料的光学常数进行 分析。
[0004] 发明人发现，虽然采用上述楠偏原理测量材料光学常数的方法应用范围广，但其 具有如下缺点：第一，相应测试仪器操作复杂；第二，由于其利用反射强度及相位信息，对 于光线有吸收的材料（如，浮法玻璃）及厚度较薄的玻璃，其测量结果不准确，具有局限性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供一种测量玻璃光学常数装置及方法，主要目的W简 单、快速的方法获得准确的光学常数。
[0006] 为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
[0007] 一方面，本发明实施例提供了一种测量玻璃光学常数的方法，所述光学常数包括 折射率和消光系数；所述方法包括如下步骤；
[000引测量出玻璃样品在预定波长范围内的透射光谱；
[0009] 建立复合振子模型，所述复合振子模型表示所述玻璃样品材料的介电常数随波长 的变化关系；
[0010] 对所述复合振子模型参数进行设置，形成初始值；
[0011] W所述初始值为捜索起点，W所述透射光谱为捜索依据，利用遗传算法获得复合 振子模型参数的最佳值，得到最佳复合振子模型；
[0012] 将所述最佳复合振子模型转换成所述玻璃样品的介电常数；
[0013] 将所述玻璃样品的介电常数转换成所述玻璃样品的折射率和消光系数。
[0014] 前述的测量玻璃光学常数的方法，采用分光光度计测量出玻璃样品在300-2500nm 波长范围内的透射光谱；所述透射光谱为测量透射光谱。
[0015] 前述的测量玻璃光学常数的方法，所述复合振子模型如下式所示：
[0016] e(E)二 ￡1(E)-i￡2巧）二eoffset+pole(A。，E。，E)+Gaussian(Ani,Eni,Bri,E) +
[0017] Gaussian (A也，E地，6找，E) +Gaussian (An3, ￡址，6陆E) +Gaussian (An4, En4, Br4, E);
[001引式中，e巧）表示介电常数随光子能量E的变化函数，e1为介电常数的实部，e2为 介电常数的虚部；eoffset为介电常数实部修正参数；pole(A"，E。，巧为极振子随光子能量E 的变化函数，A。为该极振子振动强度、E。为该极振子振动中屯、位置；Gaussian(A。。E。。Bfi，巧 为高斯振子随光子能量E的变化函数，A"i为第一个高斯振子振动强度、E"i为第一个高斯振 子振动中屯、位置、Bfi为第一个高斯振子振动半峰宽、A为第二个高斯振子振动强度、E为 第二个高斯振子振动中屯、位置、Bf2为第二个高斯振子振动半峰宽、A"3为第=个高斯振子振 动强度、E"3为第S个高斯振子振动中屯、位置、B,3为第S个高斯振子振动半峰宽、Aw为第四 个高斯振子振动强度、E"4为第四个高斯振子振动中屯、位置、B ,4为第四个高斯振子振动半峰 宽。
[0019] 前述的测量玻璃光学常数的方法，W所述初始值为捜索起点，W所述透射光谱为 捜索依据，利用遗传算法获得复合振子模型参数的最佳值，得到最佳复合振子模型的步骤， 包括：
[0020] 利用遗传算法，通过复合振子模型参数设置的初始值生成初始种群；
[0021] 将种群内个体振子模型转换成种群内个体介电常数；
[0022] 将种群内个体介电常数转换成种群内个体光学常数；
[0023] 通过所述玻璃样品的厚度和种群内个体光学常数，利用导纳矩阵光谱计算方法， 得到种群内个体的计算透射光谱
[0024] 将种群内个体的计算透射光谱与测量透射光谱按照评价函数进行比较排序；其 中，所述评价函数为计算光谱T,w和测量光谱Tew之间的均方差MSE;
[0025] 若MSE< 1〇-3或> 40次迭代，则终止遗传过程；
[0026] 若MSE> 1(T3且< 40次迭代，则继续遗传过程，并生成新的种群。
[0027] 前述的测量玻璃光学常数的方法，通过遗传过程控制参数控制所述遗传过程；其 中，遗传过程控制参数设置范围为：
[002引种群中个体数量为；30-40个；
[0029] 精英数量为3-20个；
[0030] 交叉比例为0.2-0. 8。
[0031] 前述的测量玻璃光学常数的方法，将复合振子模型转换成玻璃样品的介电常数的 步骤，具体为：
[0032] 根据高斯振子的参数，分别计算出每个高斯振子的介电常数虚部和每个高斯振子 的介电常数实部；
[0033] 将四个高斯振子的介电常数虚部进行合并，得到总高斯振子的介电常数虚部；
[0034] 将四个高斯振子的介电常数实部进行合并，得到总高斯振子的介电常数实部；
[0035] 根据极振子参数计算出极振子的介电常数实部；
[0036] 所述总高斯振子的介电常数虚部为玻璃样品的介电常数虚部；
[0037]根据总高斯振子的介电常数实部、极振子的介电常数实部、介电常数实部修正参 数得到玻璃样品的介电常数实部；
[003引根据玻璃样品的介电常数实部、介电常数虚部，得到玻璃样品的介电常数。
[0039]前述的测量玻璃光学常数的方法，根据下式将玻璃样品的介电常数转换成所述玻 璃样品的折射率和消光系数：
【主权项】
1. 一种测量玻璃光学常数的方法，所述光学常数包括折射率和消光系数；其特征在 于，所述方法包括如下步骤： 测量出玻璃样品在预定波长范围内的透射光谱； 建立复合振子模型，所述复合振子模型表示所述玻璃样品材料的介电常数随波长的变 化关系； 对所述复合振子模型参数进行设置，形成初始值； 以所述初始值为搜索起点，以所述透射光谱为搜索依据，利用遗传算法获得复合振子 模型参数的最佳值，得到最佳复合振子模型； 将所述最佳复合振子模型转换成所述玻璃样品的介电常数； 将所述玻璃样品的介电常数转换成所述玻璃样品的折射率和消光系数。
2. 根据权利要求1所述的测量玻璃光学常数的方法，其特征在于，采用分光光度计测 量出玻璃样品在300-2500nm波长范围内的透射光谱；所述透射光谱为测量透射光谱。
3. 根据权利要求2所述的测量玻璃光学常数的方法，其特征在于，所述复合振子模型 如下式所示： ε (E) = ε j (E) -i ε 2 (E) = eoffset+pole (An, En, E) +Gaussian (Anl, Enl, Brl, E) + Gaussian (An2, En2, Br2, E) +Gaussian (An3, En3, Br3, E) +Gaussian (An4, En4, Br4, E)； 式中，ε (E)表示介电常数随光子能量E的变化函数，￡l为介电常数的实部，ε 2为介 电常数的虚部；eoffset为介电常数实部修正参数；pole (An，En，E)为极振子随光子能量E 的变化函数，An为该极振子振动强度、En为该极振子振动中心位置；Gaussian(A nl, Enl, Brt, E) 为高斯振子随光子能量E的变化函数，Anl为第一个高斯振子振动强度、Enl为第一个高斯振 子振动中心位置、B rt为第一个高斯振子振动半峰宽、A &为第二个高斯振子振动强度、E &为 第二个高斯振子振动中心位置、为第二个高斯振子振动半峰宽、An3为第三个高斯振子振 动强度、E n3为第三个高斯振子振动中心位置、B ,3为第三个高斯振子振动半峰宽、A n4为第四 个高斯振子振动强度、En4为第四个高斯振子振动中心位置、Brt为第四个高斯振子振动半峰 宽。
4. 根据权利要求3所述的测量玻璃光学常数的方法，其特征在于，以所述初始值为搜 索起点，以所述透射光谱为搜索依据，利用遗传算法获得复合振子模型参数的最佳值，得到 最佳复合振子模型的步骤，包括： 利用遗传算法，通过复合振子模型参数设置的初始值生成初始种群； 将种群内个体复合振子模型转换成种群内个体介电常数； 将种群内个体介电常数转换成种群内个体光学常数； 通过所述玻璃样品的厚度和种群内个体光学常数，利用导纳矩阵光谱计算方法，得到 种群内个体的计算透射光谱Ττ(λ); 将种群内个体的计算透射光谱与测量透射光谱按照评价函数进行比较排序；其中，所 述评价函数为计算光谱Ττ(λ)和测量光谱T之间的均方差MSE ; 若MSE < KT3或多40次迭代，则终止遗传过程； 若MSE多KT3且< 40次迭代，则继续遗传过程，并生成新的种群。
5. 根据权利要求4所述的测量玻璃光学常数的方法，其特征在于，通过遗传过程控制 参数控制所述遗传过程；其中，遗传过程控制参数设置范围为： 种群中个体数量为：30-40个； 精英数量大于3个，且不大于种群大小的一半； 交叉比例为0.2-0. 8。
6. 根据权利要求4所述的测量玻璃光学常数的方法，其特征在于，将复合振子模型转 换成玻璃样品的介电常数的步骤，具体为： 根据高斯振子的参数，分别计算出每个高斯振子的介电常数虚部和每个高斯振子的介 电常数实部； 将四个高斯振子的介电常数虚部进行合并，得到总高斯振子的介电常数虚部； 将四个高斯振子的介电常数实部进行合并，得到总高斯振子的介电常数实部； 根据极振子参数计算出极振子的介电常数实部； 所述总高斯振子的介电常数虚部为玻璃样品的介电常数虚部； 根据总高斯振子的介电常数实部、极振子的介电常数实部、介电常数实部修正参数得 到玻璃样品的介电常数实部； 根据玻璃样品的介电常数实部、介电常数虚部，得到玻璃样品的介电常数。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据下式将玻璃样品的介电常数转换成 所述玻璃样品的折射率和消光系数：
其中，η为玻璃样品的折射率，k为玻璃样品的消光系数，S1为介电常数的实部，ε 2为 介电常数的虚部。
【专利摘要】本发明公开了一种测量玻璃光学常数的方法，涉及玻璃生产及深加工技术领域，解决了现有技术无法准确测量出玻璃光学常数的技术问题。本发明的主要技术方案为：一种测量玻璃光学常数的方法包括如下步骤：测量出玻璃样品在预定波长范围内的透射光谱；建立复合振子模型，对复合振子模型参数进行设置，形成初始值；以初始值为搜索起点，以透射光谱为搜索依据，利用遗传算法获得复合振子模型参数的最佳值，得到最佳复合振子模型；由最佳复合振子模型得到所述玻璃样品的介电常数；将玻璃样品的介电常数转换成所述玻璃样品的折射率和消光系数。本发明能够以简单、快速的方法获得准确的玻璃光学常数。
【IPC分类】G01N21-25, G01N21-41
【公开号】CN104749113
【申请号】CN201510166182
【发明人】余刚, 汪洪
【申请人】中国建筑材料科学研究总院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月9日