一種光學材料折射率的精密測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種光學材料折射率的精密測量裝置，有透射型和反射型兩類，透射型的測量裝置包括寬光譜光源、第一分光鏡、光功率計、被測樣品、第二分光鏡、零度入射角校準裝置、透鏡、光譜儀、位移裝置和數據采集卡；反射型的測量裝置包括寬光譜光源、第一分光鏡、光功率計、第一拋物面反射鏡、被測樣品、第二分光鏡、第三分光鏡、零度入射角校準裝置、第二拋物面反射鏡、光譜儀、位移裝置和數據采集卡。本實用新型操作簡單，不需要調整光路，不需要將光學材料加工為特殊的形狀，實現了無損測量。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及光學材料折射率測量【技術領域】，具體是一種光學材料折射率的精 密測量裝置。 一種光學材料折射率的精密測量裝置
【背景技術】
[0002] 折射率是評價光學材料的一種基本物理特性。光學材料折射率的測量方法大體有 三類：一是利用光在具有特定形狀的待測光學材料中的折射情況測量光學材料折射率，如 最小偏向角法和自準直法；二是利用全反射現象測量光學材料折射率，如臨界角法(又稱阿 貝折射法);三是利用干涉原理測量光學材料折射率，如邁克爾遜干涉法、法布里-珀羅干涉 法、馬赫-曾德干涉法和瑞利干涉法。
[0003] 第一類方法中，最小偏向角法是各種測量方法中精度較高的一種，可獲得 ±5Χ1(Γ6的測量精度。但是，最小偏向角法和自準直法的測量裝置都有一個缺點，即待測 光學材料必須加工為特定的形狀(如楔形）才可以測量，該特定形狀的加工精度直接影響到 折射率的測量精度，同時也無法實現待測光學材料的無損在線測量。第二類方法中，臨界角 法的測量裝置多用于液體、氣體光學材料折射率的測量，測量固體光學材料時，由于待測光 學材料表面粗糙度和平整度加工狀態不同，造成待測光學材料與測量棱鏡非緊密接觸，因 此會帶來臨界角差異，從而產生折射率誤差。第三類方法中，雖然對待測光學材料的形狀沒 有特殊嚴格的限制，但是邁克爾遜干涉法和馬赫-曾德干涉法的測量裝置操作繁瑣，測量 時需要對待測樣品和測量光路進行反復調整。為了簡化測量過程，一些測量裝置采用單波 長法布里-珀羅干涉法測量光學材料折射率。此類裝置雖然簡化了測量過程，但是由于材 料厚度精確度的限制，得到的折射率精確度并不高，只能達到10'并且，通過上述測量裝 置獲得的折射率，只針對單個特定波長入射光，應用領域十分狹窄。 實用新型內容
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種光學材料折射率的精密測量裝置，通過該裝置能 夠得到精確的光學材料厚度和折射率。
[0005] 本實用新型的技術方案為：
[0006] -種光學材料折射率的精密測量裝置，該裝置包括寬光譜光源，所述寬光譜光源 的輸出光路上設有第一分光鏡，所述第一分光鏡的反射光路上設有光功率計，所述第一分 光鏡的透射光路上設有被測樣品；所述被測樣品的反射光路上設有第二分光鏡，所述第二 分光鏡的反射光路上設有零度入射角校準裝置；所述被測樣品的透射光路上依次設有透鏡 和光譜儀；所述被測樣品固定于位移裝置上；所述寬光譜光源、光功率計、零度入射角校準 裝置、光譜儀和位移裝置均與數據采集卡交互式信號連接。
[0007] -種光學材料折射率的精密測量裝置，該裝置包括寬光譜光源，所述寬光譜光源 的輸出光路上設有第一分光鏡，所述第一分光鏡的反射光路上設有光功率計，所述第一分 光鏡的透射光路上依次設有第一拋物面反射鏡和被測樣品；所述被測樣品的反射光路上依 次設有所述第一拋物面反射鏡和第二分光鏡，所述第二分光鏡的反射光路上設有第三分光 鏡；所述第三分光鏡的反射光路上設有零度入射角校準裝置，所述第三分光鏡的透射光路 上依次設有第二拋物面反射鏡和光譜儀；所述被測樣品固定于位移裝置上；所述寬光譜光 源、光功率計、零度入射角校準裝置、光譜儀和位移裝置均與數據采集卡交互式信號連接。
[0008] 所述的光學材料折射率的精密測量裝置，所述第一分光鏡與被測樣品之間的光路 上設有第一高反射鏡，所述被測樣品與透鏡之間的光路上設有第二高反射鏡；所述第一高 反射鏡也設于被測樣品與第二分光鏡之間的光路上。
[0009] 所述的光學材料折射率的精密測量裝置，所述第一拋物面反射鏡與第二拋物面反 射鏡的焦距相同。
[0010] 所述的光學材料折射率的精密測量裝置，所述零度入射角校準裝置為二維位置敏 感探測器。
[0011] 所述的光學材料折射率的精密測量裝置，所述數據采集卡選用研華PCI-1712系 列的數據采集卡。
[0012] 所述的光學材料折射率的精密測量裝置，所述位移裝置由二維精密移動載物平 臺、角位移平臺和電控平臺組成，所述二維精密移動載物平臺和角位移平臺分別通過電控 平臺與數據采集卡交互式信號連接；所述被測樣品固定于二維精密移動載物平臺上，所述 二維精密移動載物平臺固定于角位移平臺上。
[0013] 所述的光學材料折射率的精密測量裝置，所述電控平臺選用Zolix SC300系列的 電控平臺。
[0014] 本實用新型采用寬光譜光源入射，可以得到被測樣品在一定波段內的折射率色散 曲線，從而可以利用不同波長入射光的殘差函數在實際的光學材料厚度處唯一收斂的特 性，得到精確的光學材料厚度，提高折射率的測量精度。本實用新型采用電控平臺分別控制 被測樣品的二維位移坐標和角位移坐標，被測樣品放置完成后，不需要對被測樣品和測量 光路進行反復調整，簡化了測量過程。本實用新型通過設置零度入射角校準裝置，可以自動 完成被測樣品表面入射角的較零工作。本實用新型無需將光學材料加工為特殊的形狀(如 楔形)，可以利用絕大多數光學材料自身的平行平板結構形成穩定的干涉腔，從而減小空氣 擾動對干涉信號穩定性的影響，實現對光學材料的無損測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的結構示意圖(透射型）；
[0016] 圖2是本實用新型的結構示意圖（反射型)。
[0017] 上圖中：1-寬光譜光源、21-第一分光鏡、22-第二分光鏡、23-第三分光鏡、3-光 功率計、41-第一高反射鏡、42-第二高反射鏡、5-被測樣品、6-二維PSD、7-二維精密移動 載物平臺、8-角位移平臺、91-第一拋物面反射鏡、92-第二拋物面反射鏡、10-透鏡、11-光 譜儀、12-電控平臺、13-數據采集卡。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和具體實施例進一步說明本實用新型。
[0019] 如圖1所示，一種透射型的光學材料折射率的精密測量裝置，包括寬光譜光源1、 第一分光鏡21、第二分光鏡22、光功率計3、第一高反射鏡41、第二高反射鏡42、被測樣品 5、二維位置敏感探測器(二維PSD)6、二維精密移動載物平臺7、角位移平臺8、透鏡10、光譜 儀11、電控平臺12和數據采集卡13。電控平臺12選用ZolixSC300系列的電控平臺，數據 采集卡13選用研華PCI-1712系列的數據采集卡。
[0020] 寬光譜光源1的輸出光路上設有第一分光鏡21，第一分光鏡21的反射光路上設有 光功率計3,第一分光鏡21的透射光路上依次設有第二分光鏡22、第一高反射鏡41和被測 樣品5,被測樣品5的反射光路上依次設有第一高反射鏡41和第二分光鏡22,第二分光鏡 22的反射光路上設有二維位置敏感探測器(二維PSD) 6,被測樣品5的透射光路上依次設 有第二高反射鏡42、透鏡10和光譜儀11 ;被測樣品5放置在二維精密移動載物平臺7上， 二維精密移動載物平臺7放置在角位移平臺8上。二維精密移動載物平臺7和角位移平臺 8均與電控平臺12交互式信號連接；寬光譜光源1、光功率計3、二維位置敏感探測器(二維 PSD) 6、光譜儀11、電控平臺12均與數據采集卡13交互式信號連接。
[0021] 采用上述測量裝置對光學材料折射率進行測量工作原理如下：
[0022] 將被測樣品5放置在二維精密移動載物平臺7上，寬光譜光源1輸出的光束，一部 分經第一分光鏡21反射后被光功率計3接收，用于探測入射光強，另一部分經第一分光鏡 21透射和第一高反射鏡41反射后到達被測樣品5表面；被測樣品5表面的反射光束經第 一高反射鏡41反射和第二分光鏡22反射后被二維位置敏感探測器(二維PSD)6接收，用于 校準零度入射角；被測樣品5表面的透射光束經第二高反射鏡42反射和透鏡10聚焦后被 光譜儀11接收，用于探測透射光強；固定光束在被測樣品5表面的入射位置，調整角位移平 臺8,通過二維位置敏感探測器(二維PSD) 6校準零度入射角；通過二維精密移動載物平臺 7和角位移平臺8改變光束在被測樣品5表面的入射位置和入射角，同時數據采集卡13采 集寬光譜光源1 (輸出波段)、光功率計3、二維位置敏感探測器（PSD)6、光譜儀11的探測數 據和電控平臺12的位移數據，得到每個單波長下的被測樣品折射率以及被測樣品在一定 波段內的折射率色散曲線。
[0023] 如圖2所示，一種反射型的光學材料折射率的精密測量裝置，包括寬光譜光源1、 第一分光鏡21、第二分光鏡22、第三分光鏡23、光功率計3、被測樣品5、二維位置敏感探測 器（PSD)6、二維精密移動載物平臺7、角位移平臺8、第一拋物面反射鏡91、第二拋物面反射 鏡92、光譜儀11、電控平臺12和數據采集卡13。電控平臺12選用Zolix SC300系列的電 控平臺，數據采集卡13選用研華PCI-1712系列的數據采集卡。
[0024] 寬光譜光源1的輸出光路上設有第一分光鏡21，第一分光鏡21的反射光路上設有 光功率計3,第一分光鏡21的透射光路上依次設有第二分光鏡22、第一拋物面反射鏡91和 被測樣品5,被測樣品5的反射光路上依次設有第一拋物面反射鏡91和第二分光鏡22,第 二分光鏡22的反射光路上設有第三分光鏡23,第三分光鏡23的反射光路上設有二維位置 敏感探測器(二維PSD)6,第三分光鏡23的透射光路上依次設有第二拋物面反射鏡92和光 譜儀11 ;被測樣品5放置在二維精密移動載物平臺7上，二維精密移動載物平臺7放置在 角位移平臺8上。
[0025] 二維精密移動載物平臺7和角位移平臺8均與電控平臺12交互式信號連接；寬光 譜光源1、光功率計3、二維位置敏感探測器(二維PSD) 6、光譜儀11、電控平臺12均與數據 采集卡13交互式信號連接。第一拋物面反射鏡91與第二拋物面反射鏡92的焦距相同。
[0026] 采用上述測量裝置對光學材料折射率進行測量的工作原理如下：
[0027] 將被測樣品5放置在二維精密移動載物平臺7上，寬光譜光源1輸出的光束，一部 分經第一分光鏡21反射后被光功率計3接收，用于探測入射光強，另一部分經第一分光鏡 21透射和第一拋物面反射鏡91反射后到達被測樣品5表面；被測樣品5表面的反射光束 經第一拋物面反射鏡91反射和第二分光鏡22反射后到達第三分光鏡23, 一部分光束經第 三分光鏡23反射后被二維位置敏感探測器(二維PSD) 6接收，用于校準零度入射角，另一 部分光束經第三分光鏡23透射和第二拋物面反射鏡92反射后被光譜儀11接收，用于探測 反射光強；固定光束在被測樣品5表面的入射位置，調整角位移平臺8,通過二維位置敏感 探測器(二維PSD) 6校準零度入射角；通過二維精密移動載物平臺7和角位移平臺8改變 光束在被測樣品5表面的入射位置和入射角，同時數據采集卡13采集寬光譜光源1 (輸出 波段)、光功率計3、二維位置敏感探測器(二維PSD)6、光譜儀11的探測數據和電控平臺12 的位移數據，得到每個單波長下的被測樣品折射率以及被測樣品在一定波段內的折射率色 散曲線。
[0028] 以上所述實施方式僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用 新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本 實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保 護范圍內。
【權利要求】
1. 一種光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：該裝置包括寬光譜光源，所述 寬光譜光源的輸出光路上設有第一分光鏡，所述第一分光鏡的反射光路上設有光功率計， 所述第一分光鏡的透射光路上設有被測樣品；所述被測樣品的反射光路上設有第二分光 鏡，所述第二分光鏡的反射光路上設有零度入射角校準裝置；所述被測樣品的透射光路上 依次設有透鏡和光譜儀；所述被測樣品固定于位移裝置上；所述寬光譜光源、光功率計、零 度入射角校準裝置、光譜儀和位移裝置均與數據采集卡交互式信號連接。
2. -種光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：該裝置包括寬光譜光源，所述 寬光譜光源的輸出光路上設有第一分光鏡，所述第一分光鏡的反射光路上設有光功率計， 所述第一分光鏡的透射光路上依次設有第一拋物面反射鏡和被測樣品；所述被測樣品的反 射光路上依次設有所述第一拋物面反射鏡和第二分光鏡，所述第二分光鏡的反射光路上設 有第三分光鏡；所述第三分光鏡的反射光路上設有零度入射角校準裝置，所述第三分光鏡 的透射光路上依次設有第二拋物面反射鏡和光譜儀；所述被測樣品固定于位移裝置上；所 述寬光譜光源、光功率計、零度入射角校準裝置、光譜儀和位移裝置均與數據采集卡交互式 信號連接。
3. 根據權利要求1所述的光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：所述第一分 光鏡與被測樣品之間的光路上設有第一高反射鏡，所述被測樣品與透鏡之間的光路上設有 第二高反射鏡；所述第一高反射鏡也設于被測樣品與第二分光鏡之間的光路上。
4. 根據權利要求2所述的光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：所述第一拋 物面反射鏡與第二拋物面反射鏡的焦距相同。
5. 根據權利要求1或2所述的光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：所述零 度入射角校準裝置為二維位置敏感探測器。
6. 根據權利要求1或2所述的光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：所述數 據采集卡選用研華PCI-1712系列的數據采集卡。
7. 根據權利要求1或2所述的光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：所述位 移裝置由二維精密移動載物平臺、角位移平臺和電控平臺組成，所述二維精密移動載物平 臺和角位移平臺分別通過電控平臺與數據采集卡交互式信號連接；所述被測樣品固定于二 維精密移動載物平臺上，所述二維精密移動載物平臺固定于角位移平臺上。
8. 根據權利要求7所述的光學材料折射率的精密測量裝置，其特征在于：所述電控平 臺選用Zolix SC300系列的電控平臺。
【文檔編號】G01N21/41GK203849171SQ201420257867
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】董敬濤, 張琦, 吳周令, 陳堅, 趙建華, 陶海征 申請人:合肥知常光電科技有限公司