[发明专利]一种非接触式薄膜温度‑折射率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学干涉测量技术领域，更具体地说，涉及一种非接触式薄膜温度-折射率测量装置及方法。

背景技术

聚合物薄膜目前被广泛地应用于高新工业的多项领域，例如微机电系统中的隔热绝缘材料和航空航天设备中的力学涂层等。在使用过程中，聚合物薄膜通常处于温度变化的环境当中，而聚合物薄膜的力学和光学特性与自身温度有关，为了保证薄膜材料在温度变化环境下的力学和光学性能，需要进行相关的测量。温度变化下聚合物薄膜的力学和光学特性通常指温度-应变和温度-折射率，而温度-应变的测量又需要预知材料的温度-折射率，因此温度-折射率的测量就显得格外重要。

目前常用的聚合物薄膜折射率的测量方法主要有测角法和反射法两大类。其中测角法主要利用光线在进入被测薄膜过程中入射角和折射角之间的关系对薄膜折射率进行测量，这种方法主要有最小偏向角法、直角照准法、自准直法和V棱镜折射仪法等，但是这种方法通常需要对被测材料进行加工，不适合在线测量。另外，反射方法主要利用光的干涉现象对光程进行测量，再结合其与薄膜厚度、折射率的关系，解调出被测样件的折射率。反射方法主要有法布里-珀罗干涉仪法、浸液法和光学相干层析法等，反射方法能够实现非接触式的无损测量，不损坏被测薄膜，但测量精度较低，通常只能达到10^-4，且一些方法不能实现随着温度变化过程中薄膜自身结构的变化，进行测量，故无法用于研究材料的温度-折射率特性。

综上所述，如何有效地提高薄膜温度导致的薄膜折射率变化量的测量精度，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种非接触式薄膜温度-折射率测量方法，该非接触式薄膜温度-折射率测量方法的可以有效地提高薄膜温度导致的薄膜折射率变化量，本发明的第二个目的是提供一种非接触式薄膜温度-折射率测量装置。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种非接触式薄膜温度-折射率测量方法，包括：

将来自光源的光分成强度相等的两束光；

所述强度相等的两束光中的一束光依次穿过第一凸透镜和第二凸透镜后照射在所述被测薄膜上，所述强度相等的两束光中的另一束光依次穿过第一凸透镜和第二凸透镜后照射在参考板上；

所述被测薄膜和所述参考板所处的温度为T₁时，对从所述被测薄膜和参考板反射出的光进行光谱分析，计算得出被测薄膜的厚度d以及折射率n₁；

改变所述被测薄膜所处的温度，所述被测薄膜所处的温度由T₁变至T₂；

计算得出所述被测薄膜所处的温度由T₁变至T₂后其折射率的变化量Δn₁。

优选地，上述非接触式薄膜温度-折射率测量方法中，计算得出被测薄膜的厚度d以及折射率n₁，具体为：

其中，n₀为空气处于温度T₁时的折射率，Λ₁为处于温度T₁的所述参考板前表面的光学长度，Λ₂为处于温度T₁的所述被测薄膜前表面的光学长度，Λ₃为处于温度T₁的所述被测薄膜后表面的光学长度。

优选地，上述非接触式薄膜温度-折射率测量方法中，Λ₁＝π·f_k1,k1＝2π/λ₁,λ₁为从处于温度T₁的所述参考板前表面反射出的光的光谱的波长；

Λ₂＝π·f_k2,k2＝2π/λ₂,λ₂为从处于温度T₁的所述被测薄膜前表面反射出的光的光谱的波长；

Λ₃＝π·f_k3,k3＝2π/λ₃,λ₃为从处于温度T₁的所述被测薄膜后表面反射出的光的光谱的波长。

优选地，上述非接触式薄膜温度-折射率测量方法中，计算得出所述被测薄膜所处的温度由T₁变至T₂后其折射率的变化量Δn₁，具体为：