[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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

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。

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。

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，耦合光纤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。

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n_g。

本发明中，所述低相干度光源1可以采用白光LED，或采用可见及近红外宽带激光二极管(LD)。

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。

本发明中，所述聚光透镜7 可以采用消色差透镜。

本发明中，所述耦合光纤8可以采用单模光纤。

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。

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。

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息。

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OPD_C；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_S, OPD_a1, OPD_a2；根据这些量，可以得到样品的群折射率n_g 和厚度 d: 

。

本发明的测量装置结构简单，无需常规的Michelson 干涉仪的参考臂, 只利用单光路, 因此系统可以更小型化, 可以实现便携式. 另外, 测量过程操作简便，测量精度高。

附图说明

图1为本发明测量装置图示。

图2为无样品时F-P腔的干涉光谱及其Fourier变换图。

图3为加入样品后的干涉光谱及其Fourier变换图。

图中标号：1为低相干度光源，2为分束镜，3和4为构成F-P腔的两块平板玻璃, 5为二维样品台，6为待测样品，7为聚焦透镜，8为耦合光纤，9为光谱仪，10为计算机10。

具体实施方式

下面以常用的ITO导电玻璃为例, 测量其折射率和厚度。

光源为一半导体GaAs激光器, 工作于亚阈值下, 在可见光648-668nm波段。

F-P腔由两块镜片的玻璃基片调节而成。 基片表面未镀膜。