[发明专利]一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置，激光光源发出的光束经小孔滤除杂散光和衰减片衰减后，由反射镜反射到第一凸透镜，并照射到各向同性随机表面样品上；由两片毛玻璃和白纸组成散射图像接收屏,用于接收散射图像；从各向同性随机表面样品散射后的光照射到所述散射图像接收屏，并经第二凸透镜成像到探测器，得到光强散射图像。根据光强散射图像获取入射角和散射角都确定时的光强散射轮廓曲线求得光强散射轮廓曲线的半宽度，再由光强散射轮廓曲线的半宽度与波矢的垂直分量的关系，得到各向同性随机表面的粗糙指数。

技术领域

本发明涉及表面技术领域，特别涉及一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置。

背景技术

随机表面在自然界中随处可见，分为各向同性随机表面和各向异性随机表面两类。随机表面的描述是随机表面研究的基本问题，可以准确描述随机表面的模型为自仿射分形表面模型，该模型主要有粗糙指数、方均根粗糙度和横向相关长度这三个统计参量来描述。对随机表面参量提取的方法比较多，主要分为两类：接触法和非接触法。接触法包括原子力显微镜、扫描探针显微术等，非接触法包括X射线衍射、光散射法、电子衍射等，其中光散射法因无接触无损伤、价格低廉、实验装置简单、抗干扰性强等优点而被广泛应用在很多领域，例如校准激光雷达、工业非接触检测、生物医学诊断等。关于随机表面的光散射的理论研究，最早可追朔到二十世纪六十年代，Beckmann和Spizzichin首先利用物理光学的方法，研究了随机表面的电磁波散射的基尔霍夫近似标量解，得到了散射场的统计分布表达式，并进一步探讨了散射场强度和相位的概率分布。光散射法是研究某一入射波经随机表面时发生散射或透射而在自由空间形成的随机散射光强分布。随机散射光强是一个随波矢量的平行分量缓慢变化的函数，其强度分布与随机表面参量有关，因此研究随机表面的散射光强轮廓函数来提取随机表面参量是光散射法中的基础问题也是重要问题。

对随机表面光散射的研究主要是随机表面的形貌特征或随机表面参量和光强散射强度分布之间的关系。面内角分辨光散射实验测量法是测量各向同性随机表面样品参量最常用的方法，在此方法中，测量随机表面散射光强轮廓函数的前提是波矢的垂直分量是确定的，而波矢的垂直分量可以通过改变入射角来改变，但在实际测量时大多是通过探测器沿着以反射点为中心的一条垂直线段来实现，这不能保证波矢的垂直分量是一直不变的。为了消除波矢的垂直分量近似不变的误差来提高测量的精确度，探测器需要沿着一条特殊的圆弧曲线来测量，在这条圆弧上，波矢的垂直分量保持不变，波矢的平行分量逐渐增大，这样会使实验装置复杂化。

参考文献：

文献1：

Beckmann Petr and Spizzichino Andre,“The Scattering ofElectromagnetic Waves from Rough Surfaces”,New York,Paris(1963)。

文献2：

W.X.Liu,S.Y.Teng,N.Y.Zhang,etal.“Computational generation and thesimulation of the light scattering of self-affine fractal random surface,”Chinese Physics Letters,18(2):217-219(2001)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法，包括以下步骤：

A、选取粗糙指数待测的各向同性随机表面样品，并通过角分辨光散射法拍摄各向同性随机表面在某一入射角情况下的散射图像；