[发明专利]一种检测金刚石对顶砧中物质体积和折射率的装置及方法

摘要

本发明提出一种检测金刚石对顶砧中物质体积和折射率的装置及方法，本发明适用于物质高压下的折射率和高压物态方程的研究。所述装置包括宽带光源，还包括立方棱镜，立方棱镜的两路出射光路上依次设有汇聚物镜和三棱镜，立方棱镜后方设有面阵探测器，三棱镜的出射光路上设有反射镜，汇聚物镜的出射光路上设有金刚石对顶砧，金刚石对顶砧与第一位移机构相连，反射镜与第二位移机构相连。本发明只使用一套干涉测量装置，可以一次解算出样品的实时厚度和折射率，加上面阵成像特点得出样品的体积，无需配置额外的单色光干涉装置，测量过程简单，方便高压下物质参数的测量，且容易实现。本发明在能源、材料等领域具有巨大的市场应用价值。

主权项

一种检测金刚石对顶砧中物质体积和折射率的装置，包括宽带光源（1），其特征在于：还包括立方棱镜（2），立方棱镜（2）的两路出射光路上依次设有汇聚物镜（3）和三棱镜（5），立方棱镜（2）后方设有面阵探测器（7），三棱镜（5）的出射光路上设有反射镜（6），汇聚物镜（3）的出射光路上设有金刚石对顶砧（4），金刚石对顶砧（4）与第一位移机构（8）相连，反射镜（6）与第二位移机构（9）相连；其中，检测金刚石对顶砧中物质体积和折射率的方法，是按照下述方式进行的：步骤（1），宽带光源（1）发出的空间光经过立方棱镜（2）分成两路传播，一路光通过汇聚物镜（3）后汇聚在金刚石对顶砧（4）中的样品上，光在样品中被后向散射成为样品光原路返回至立方棱镜（2）；另外一路光则通过三棱镜（5）进行光路转折后入射在反射镜（6）上，反射镜（6）将光原路反射回形成参考光；样品光和参考光在立方棱镜（2）处形成干涉光被面阵探测器（7）接收；步骤（2），通过第二位移机构（9）来控制反射镜（6）的移动，反射镜（6）移动时，面阵探测器（7）采集金刚石对顶砧（4）中的干涉数据；驱动第一位移机构（8）将金刚石对顶砧（4）缓慢移动，这样样品光将聚焦在金刚石对顶砧（4）中样品的深度各层中，同时，第二位移机构（9）驱动反射镜（6）做快速移动，这样在面阵探测器（7）得到共聚焦OCT的数据，通过图像复原算法复原出图像，测量图中金刚石对顶砧（4）的上下两个表面的距离，该距离便是样品的光学厚度n*d，d为样品实际厚度、n为样品折射率，而第一位移机构（8）移动过程中，测量复原图中的金刚石对顶砧（4）上下表面峰值对应的第一位移机构（8）位置之差，就是压腔中样品的等效光程厚度d/n，这样共聚焦干涉成像信号便可全部获取；步骤（3），由共焦成像的数据d/n和数据n*d便可分别解算出金刚石对顶砧中样品的折射率n和加压后的实际厚度d，另外；在干涉光信号的探测端采用面阵探测器进行光电转换，即可实现全场OCT成像；采用面阵探测器7成像后可以对金刚石对顶砧的横向范围进行成像，可以通过成像放大率来测量压腔的面积S，并最终测量出压腔的样品体积V =d*S。