专利名称：同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法。
背景技术：
折射率及厚度是光学材料的重要物理参数之一，也是影响光学系统性能的重要因素。折射率及厚度测量的应用领域包括光学元件的设计和加工，食品、医药、化工等行业的成分检测和产品鉴定，薄膜检测，晶体材料研制，环境监测以及珠宝鉴定等。对一些要求较高的仪器系统，精确测量折射率及厚度也有着迫切的需求。目前的折射率测量方法主要包括最小偏向角法、全内反射法及干涉法。然而，传统的折射率测量方法虽经过不断的改进，但仍然具有局限性，例如最小偏向角法，要获得高的折射率测量精度，对双折射元件的加工要求极高，而且设备庞大，因而成本很高,并且无法同时测量双折射元件的厚度。而对于全内反射法，测量样品内的损耗会对测量结果带来不确定的影响，并且也无法同时得到双折射元件的厚度。干涉法虽然能够同时测量双折射元件的折射率及厚度，然而其测量精度低，难以满足高精度测量的需求。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种能够同时测量双折射元件的厚度及折射率，并且成本低、测量精度高的测量方法。一种同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，包括以下步骤:步骤S10，提供一测量装置，其包括一半外腔激光器，所述半外腔激光器包括一高反腔镜、增益管、增透窗片以及输出腔镜沿半外腔激光器的输出激光轴线共轴设置；一外腔平面反射镜与所述输出腔镜间隔设置形成一激光回馈外腔；以及一第一光电探测器和一偏振片沿从所述输出腔镜输出激光的光路依次间隔设置，所述第一光电探测器设置于所述从高反腔镜输出的激光的光路上，用于测量所述 从高反腔镜输出的激光的强度变化；步骤S11，半外腔激光器连续输出激光，模式为单纵模；步骤S12，调整所述偏振片，使所述偏振片的偏振方向与所述半外腔激光器输出激光的偏振方向垂直；步骤S13，将待测双折射元件设置于所述输出腔镜与所述外腔平面反射镜之间，并使所述双折射元件的光轴与所述激光的初始偏振方向一致；步骤S14，将所述双折射元件以垂直于光轴方向的轴线为轴旋转角度Θ i，驱动所述外腔平面反射镜沿半外腔激光器输出激光的轴线往复运动产生激光偏振跳变，通过偏振跳变点获得在角度Q1下产生的位相延迟大小；步骤S15，以所述垂直于光轴方向的轴线旋转所述双折射元件多个角度θ2、θ3……θη，获得相应的位相延迟δ2、δ3……6 的大小，其中，n ^ 4，通过以下公式获得所述待测双折射元件的厚度及折射率:
权利要求
1.一种同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，包括以下步骤: 步骤S10，提供一测量装置，其包括一半外腔激光器，所述半外腔激光器包括一高反腔镜、增益管、增透窗片以及输出腔镜沿半外腔激光器的输出激光轴线共轴设置；一外腔平面反射镜与所述输出腔镜间隔设置形成一激光回馈外腔；以及一第一光电探测器和一偏振片沿从所述输出腔镜输出激光的光路依次间隔设置，所述第一光电探测器设置于所述从高反腔镜输出的激光的光路上，用于测量所述从高反腔镜输出的激光的强度变化； 步骤S11，半外腔激光器连续输出激光，模式为单纵模； 步骤S12，调整所述偏振片，使所述偏振片的偏振方向与所述半外腔激光器输出激光的偏振方向垂直； 步骤S13，将待测双折射元件设置于所述输出腔镜与所述外腔平面反射镜之间，并使所述双折射元件的光轴与所述激光的初始偏振方向一致； 步骤S14，将所述双折射元件以垂直于光轴方向的轴线为轴旋转角度Θ i，驱动所述外腔平面反射镜沿半外腔激光器输出激光的轴线往复运动产生激光偏振跳变，通过偏振跳变点获得在角度Θ i下产生的位相延迟δ i的大小； 步骤S15，以所述垂直于光轴方向的轴线旋转所述双折射元件多个角度θ2、θ3……θη，获得相应的位相延迟δ2、δ3……δη的大小，其中，η彡4，通过以下公式获得所述待测双折射元件的厚度及折射率:
2.如权利要求1所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，所述双折射元件具有相对平行的两个平面，所述激光器输出的激光垂直于所述平面入射到所述双折射元件，所述双折射元件的光轴平行于所述平面。
3.如权利要求1所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，通过一外腔压电陶瓷与所述外腔平面反射镜相连，并驱动所述外腔平面反射镜沿所述半外腔激光器输出激光的方向往复运动。
4.如权利要求3所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，通过第一光电探测器得到从所述高反腔镜输出的激光强度的输出波形，通过分析激光强度的输出波形得到多个偏振跳变点。
5.如权利要求4所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，所述外腔压电陶瓷输入的电压为三角波电压，驱动所述外腔平面反射镜往复运动。
6.如权利要求5所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，所述双折射元件的位相延迟通过以下公式计算:
7.如权利要求1所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，所述双折射元件的厚度及折射率通过以下公式计算:
8.如权利要求1所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，通过以下步骤使所述双折射元件的光轴与所述激光的初始偏振方向一致:提供一第二光电探测器，所述第二光电探测器设置于所述偏振片输出激光的光路上；以所述半外腔激光器输出激光的方向为旋转轴，旋转所述双折射元件，使所述第二光电探测器出现接收到的光信号为零，从而所述双折射兀件的光轴方向与所述激光的初始偏振方向一致。
9.如权利要求1所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，所述双折射元件的旋转角度Θ通过以下公式计算:
10.如权利要求1所述的同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，其特征在于，进一步包括一在所述双折射元件的两个平面镀增透膜或折射率匹配液的步骤。
全文摘要
本发明提供一种同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法，包括以下步骤半外腔激光器连续输出激光，模式为单纵模；调整偏振片的偏振方向与所述半外腔激光器输出激光的偏振方向垂直；将双折射元件设置于所述输出腔镜与所述外腔平面反射镜之间，并使双折射元件的光轴方向与所述激光的初始偏振方向一致；将双折射元件以垂直于光轴的轴线为轴旋转一定角度θ1，驱动所述外腔平面反射镜沿半外腔激光器输出激光的轴线往复运动，得到θ1角度下产生的位相延迟δ1的大小；继续沿双折射元件慢轴方向旋转双折射元件，得到多个角度θ1、θ2、θ3…θn及相应的位相延迟δ1、δ2、δ3…δn的大小，n≥4，获得所述双折射元件的折射率及厚度。
文档编号G01N21/41GK103196865SQ20131007973
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者张书练, 陈文学, 谈宜东 申请人:清华大学