基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置和测量方法
【专利摘要】本发明属于光学材料测量【技术领域】，具体为一种基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置和测量方法。本发明测量装置包括：一低相干度光源、分束镜,两片平板玻璃组成的F-P腔,二维样品台、待测样品、聚焦透镜、耦合光纤、光谱仪和计算机；测量时将F-P腔调至使入射光垂直入射，待测量样品插入腔内并使光束垂直入射样品表面，通过测量样品放入腔内前后的两幅光谱数据，就可以计算出样品的几何厚度d和群速折射率ng；本发明测量装置结构简单，测量方法操作简便，测量精度高。系统易于制成小型化和便携式装置。
【专利说明】基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学材料测量【技术领域】，具体涉及一种光学透明材料折射率及厚度测量装置和测量方法。
【背景技术】
[0002]光学材料的几何厚度，折射率是材料应用的重要参数，对这些参数的测量已经提出了不少方法，但现有方法都存在一些不足。如有些基于时域扫描的方法，需要移动样品或聚焦透镜，这会使测量速度慢，同时增加系统调节难度。有的频域OCT的测量方法中，由于参考臂的存在，使得测量系统相对体积较大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种结构简单、测量性能好的光学透明材料折射率及厚度测量方法和装置。测量系统可以实现小型化和便携式。
[0004]本发明提供的光学材料厚度和折射率的测量方法和装置，是基于频域光谱测量，无需要机械扫描机构。
[0005]本发明提供的光学透明材料折射率及厚度测量装置，包括一低相干度光源1，分束镜(非偏振分光镜)2，构成F-P腔的两块平板玻璃3和4，二维样品台5，待测样品6，聚焦透镜7，稱合光纤8,光谱仪9,计算机10 ;其中，低相干度光源1、非偏振分光镜2、F-P腔的两块平板玻璃3和4、二维样品台5，聚焦透镜7分别固定在工作台面上，相对独立；耦合光纤8直接与光谱仪9连接，光谱仪9与计算机10通过数据总线连接以进行数据传输。
[0006]该测量装置可以同时测量透明光学材料的几何厚度d和群速折射率ng。
[0007]本发明中，所述低相干度光源I可以采用白光LED，或采用可见及近红外宽带激光二极管(LD)。
[0008]本发明中，F-P腔的两块平板玻璃3和4内表面无镀膜，或可镀低于50%的增反膜。
[0009]本发明中，所述聚光透镜7可以采用消色差透镜。
[0010]本发明中，所述耦合光纤8可以采用单模光纤。
[0011]本发明中，所述谱仪9可以采用可见-近红外波段光谱测量仪。
[0012]本发明提出的测量光学材料厚度和折射率的方法，为基于频域光谱法。
[0013]频域光谱技术是一种低相干度光波包的光谱干涉技术，通过对测量的干涉光谱进行Fourier变换，可以得到参与干涉的两波包的相对光程差，其中包含厚度和折射率信肩、O
[0014]测量时，先将待测光学材料制成平行板状，作为待测样品；在待测样品放入测量装置样品台前，使测量装置初始化，使入射光与F-P腔面垂直入射；测量反射光谱，对其进行Fourier变换，得到空腔的光程0PD。；然后把待测样品放入样品台，并使入射光垂直样品表面.测量系统反射光谱；对系统反射光谱进行Fourier变换，得到三个峰，对应于F-P腔内样品前后表面，及两个空气层的光程:OPD& OPDal, iFib;根据这些量，可以得到样品的群折射率ng和厚度d:
【权利要求】
1.一种基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置，其特征在于:包括一低相干度光源(I)，分束镜(2)，构成的F-P腔的两块平板玻璃(3、4)，二维样品台(5)，待测样品(6)，聚焦透镜(7)，耦合光纤(8)，光谱仪(9)，计算机(10);其中，低相干度光源(I)、分束镜(2)、F-P腔的两块平板玻璃(3)和(4)、二维样品台(5)，聚焦透镜(7)分别固定在工作台面上，相对独立；耦合光纤(8)直接与光谱仪(9)连接，光谱仪(9)与计算机(10)通过数据总线连接以进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置，其特征在于:所述低相干度光源(I)为白光LED，或为可见及近红外宽带激光二极管。
3.根据权利要求1所述的基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置，其特征在于:所述F-P腔的两块平板玻璃(3、4)内表面无镀膜，或镀低于50%的增反膜。
4.根据权利要求1所述的基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置，其特征在于:所述聚光透镜(7)为消色差透镜。
5.根据权利要求1所述的基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置，其特征在于:所述耦合光纤(8)为单模光纤。
6.根据权利要求1所述的基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置，其特征在于:所述光谱测量仪(9)为可见-近红外波段光谱测量仪。
7.基于权利要求1所述测量装置的透明材料折射率及厚度测量方法，其特征在于具体步骤为: (1)将待测光学材料制成平行板状，作为待测样品； (2)测量装置初始化，使入射光与F-P腔面垂直入射；测量反射光谱，对其进行Fourier变换，得到空腔的光程OPDc ； (3)然后把待测样品放入样品台，并使入射光垂直样品表面，测量系统反射光谱；对系统反射光谱进行Fourier变换，得到三个峰，对应于F-P腔内样品前后表面，及两个空气层的光程:OPD9 OPDal, OPDa2 ； (4)计算得到样品的群折射率ng和厚度d:d = OPDc~ OPDal -OPDa2 ng = OPDs I d。
【文档编号】G01B11/06GK103983609SQ201410197325
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】刘建华, 张克, 陶李, 程文凯, 陈忠平 申请人:复旦大学