專利名稱：差動式激光透射率反射率儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是光學測量技術領域，是測量膜片對激光光譜透射率和反射率的儀器。
已公知的一類儀器是采用“光強法”進行測量，即測量試件置入光路中經試件透射或反射的光強與試件從光路中退出后測得的入射光強之比。要求光源的光強足夠穩定，才可能有高的測量精度，因此成本很高。
已公知的另一類儀器是采用“差動法”進行測量，它不需要具備穩光強條件，只要采用光電轉換直線性好且配對的光接收元件，就可以達到高的測量精度，按照這個測量原理，有人發明了“DF透反儀”的始型。后來有人參照這個始型設計了“DF透反儀”產品，但該產品通過小批量試產試銷后還是停廠了，其原理主要存在下面一些問題采用的穩頻氦氖激光器一般都有同軸雜散光，即蘭綠光，會給測量結果造成0.03％左右的系統誤差；采用平板形半反片，多次反射光束或透射光束往往干擾測量，即使在半反片前粘貼雙孔光欄，也難準確可靠地消除這種干擾，而這種干擾可能導致反射率測量值大于100％的謬誤結果。測量路光電池的受光面是垂直于激光束放置，由于光電池有百分之幾十的鏡面反射率，相對于試件從光路中退出后的情況來說，測試件反射率時，鏡面反射光通過試件反射，將有一部分反射或散射光再次射回到光電池上，而造成測量值偏高的誤差，也會在測高反片時出現反射率測量值大于100％的謬誤結果，聚焦透鏡組固定，將光束的高斯腰聚焦在試件表面上成小光斑點，只能進行點的透射率和反射率測量，必須繁瑣地進行多點掃描測量才能知道一定面積上的平均反射率和透射率，由于激光束的光強分布為高斯分布，為確保測量精度，對光電池的均勻性和光斑對準的準確性都要求很高，加之是用人眼視覺對準光斑，很難對準又費時間，特別是測低透低反時的弱光束，對準光斑更難，至于激光器的近紅外不可見光譜線，眼睛就無能為力了，人眼視覺對準光斑，眼睛吃力，還會受到激光的刺激和傷害，使用精密電阻箱和檢流計構成的雙臂電橋進行平衡測量，也是造成測量速度慢的重要原因之一，儀器未設蔽光防塵罩，全部敝開操作使用。
本實用新型的目的就是克服“DF透反儀”存在的上述問題，改進儀器的光路設計、零部件設計和結構設計，提高儀器的測量精度和測算速度，擴展測量光譜范圍，并使之便于使用維修。
本實用新型的差動式激光透射率反射率儀由電器箱(22)、光源室(23)和測量池(24)三部分構成，其中包括由激光器(1)、高斯腰聚焦透鏡組(4)、多層介質膜半反片(5)和光電池(7)、(8)組成的雙光路系統、測數系統、由光電池(8)、反射鏡(17)、凹透鏡(18)、反射鏡(19)等構成的雙臂電橋式光斑對準系統，本實用新型的特征是在激光器前面設有光學玻璃濾色片(2)，可濾掉激光束中的同軸雜散光，設有由擴束鏡和兩片全息片組成的光強均勻化器(3)，將激光光強由高斯分布變為均勻化分，可降低對光電池均勻性和對準光斑的準確性要求，提高測量精度，高斯腰聚焦透鏡組(4)為可插入或退出光路的活動件，以便既可以進行點測，又可進行面測，提高了測量速度，方便了人們使用，多層膜半反片為楔形半反片，以避免多次透射光束或反射光束對測量的干擾，提高測量精度，在雙臂電橋式光斑對準系統中設有四象限光電池(20)和檢零計(21)，用來代替人眼視覺對準光斑，即快又可靠，同時還可避免激光對人眼的刺激和傷害，也解決了不可見紅外激光譜線的光斑對準問題，用高精度數字式光電流比率表來代替由精密電阻箱和檢流計組成的雙臂電橋，可進行快速測算和測算結果的顯示，測量路光電池(8)的受光面相對于入射光束傾斜放置，使鏡面反射光束為對準光斑用的四象限光電池(20)所接收，不再經試件回射到測量電池上，提高測量的準確性，本實用新型的特征還在于設置有外罩操作的試件平移機構，包括測微頭(26)、旋輪(27)、旋臂(28)、偏心槽板(29)、燕尾座(30)、燕尾滑板(31)和試件架(32)、旋轉機構由旋輪(33)、帶游標(36)的角度盤(35)、旋臂(34)構成，且為游標(36)固定和角度盤(35)轉動形式，以便于維護使用。本實用新型的另一個特征是光源室(23)和測量池(24)設置蔽光防塵外罩，以防止環境光線對測量的干擾和灰塵對光學鏡片的 行和損壞。
下面根據附圖對本實用新型再進行詳細描述。
圖1是本實用新型的光路原理圖，由激光器(1)射出的激光束通過濾色片(2)、光強分布均勻化器(3)、高斯腰聚焦透鏡組(4)至鍍多層介質膜的半反片(5)上，一次反射光束作為參考路光束，為位置固定的光電池(7)所接收，一次透射光束作為測量路光束，當測反射率時，經試件(6)反射的光束由光電池(8)在反射角位置0處接收，而試件退出后的入射光束或測透射率時的透射光束，便由光電池(8)旋至位置0處接收。透鏡組(4)插入光路中，激光束的高斯腰被聚焦到試件(6)的前表面上，進行照射點的反射率或透射率測量；當透鏡組(4)從光路中退出，照射到試件(6)前表面上的是一個擴束光斑，進行光斑面積內的平均反射率或透射率測量。
圖2是本實用新型的電測原理框圖，光電池(7)、(8)分別接數字式光電流比率表(9)的兩個輸入端，數字式光電流比率表由電流／頻率變換器(10)、(11)計數器(12)、萬次計數器(13)、閘門(14)、譯碼器(15)和數字顯示器(16)組成，變換器(11)的變換系數可調，萬次計數器(13)開始計數并輸給閘門(14)一個開門信號，而當計數至10000便給出一個關門信號至閘門(14)，無試件時，調節變換器(11)的變換系數，使測量路光電流與參考路光電流的比值為1，0000，即數字式光電流比率表示值為1，0000，試件置入測量光路進行測量，數字式光電流比率表(9)的示值就是測算得的反射率或透射率。
圖3是本實用新型對準光斑的光電原理圖。所謂對準光斑就是要確保光電池以同一光敏面積處接收入射光束、反射光束和透射光束。入射光束、反射光束和透射光束射到傾斜放置的測量路光電池(8)上，它的鏡面反射光束經反射鏡(17)、凹透鏡(18)和反射鏡(19)后射到四象限光電池(20)上，四象限光電池的公共負極接地，四個正極各通過一個等值的精密電阻接地，雙刀雙擲開關可輪換地將第一象限正極和等三象限正極分別接檢零計的“＋”、“－”輸入端 以及將第二象限正極和第四象限正極分別接檢零計的“＋”“－”輸入端，調節試件(6)的俯仰和光電池(8)的接收角位置，最終使四象限光電池(21)上光斑于對稱位置，來回拔雙刀雙擲開關，檢零計都指零為止。這樣對入射光束、反射光束和透射光束對準好光斑后再進行測算。
圖4表示本實用新型立體結構示意圖，圖5表示圖4的局部剖視圖，由電器箱(22)、光源室(23)和測量池(24)組成，其中(1)激光器；(2)濾色片；(3)均勻化器；(4)透鏡組；(5)半反片；(6)試件；(7)參考路光電池；(8)測量路光電池；(20)四象限光電池；(9)數字式光電流比率表；(21)檢零計；(25)激光光源；(26)豎向平移測微頭；(27)旋輪；(28)旋臂；(29)偏心槽板；(30)燕尾座；(31)燕尾滑板；(32)試件架；(33)旋輪；(34)轉臂；(35)角度盤；(36)角度游標；(37)調節螺釘；(38)支柱試件轉強、測量路光電池(8)和四象限光電池(20)由支柱(38)座落在底板上，旋動測微頭(26)可使試件(6)在固定入射角后豎直平移，擰動旋輪(27)，聯動旋臂(28)、偏心槽板(29)使燕尾滑板(31)在燕尾座(30)中滑動，并聯動試件架(32)可使試件(6)水平平移或從光路中推進推出，轉動旋輪(33)，聯動角度盤(35)和轉臂(34)可使測量電池(8)和四象限光電池(20)光斑對準系統圍繞試件轉臺中心旋轉，配合擰動螺釘(37)調節試件(6)的前表面于豎直方向來對準光斑。
圖4、圖5表示了本實用新型的實施例，多層介質膜楔形半反片的楔形角為30°至5°，且透反比為0.9至1.0，光電池(7)、(8)及四象限光電池(20)為硅光電池，分別用于測近紫外和近紅外激光光譜線，數字式光電流比率表中的電流／頻率變換器的轉換量程為10－9安培至10－4安培，且精度為0.05％，光電池(8)以3°－6°角相對于入射光束傾斜放置。
本實用新型通過對“DF透反儀”的改進，提高了儀器的測量精度和測算速度，使測量精度達到0.02％，擴展了測量光譜范圍，使儀器的工作波長由氦氖激光6328A譜線上下擴展到近紫外至近紅外激光譜線，同時由于設置了罩外操作和防護裝置，使儀器便于操作使用和維護保養。
圖1表示本實用新型的光路原理圖；圖2表示本實用新型的電測原理框圖；圖3表示本實用新型中對準光斑的光電原理圖；圖4表示本實用新型結構示意圖；圖5表示圖4的局部剖視圖。
權利要求1.差動式激光透射率反射率儀，由電器箱(22)、光源室(23)和測量池(24)三部分構成，其中包括由激光器(11)、高斯腰聚焦透鏡組(4)、多層介質膜半反片(5)和光電池(7)、(8)組成的雙光路系統，測數系統、由光電池(8)、反射鏡(17)、凹透鏡(18)、反射鏡(19)等構成的雙臂電橋式光斑對準系統，本實用新型的特征是在激光器前面設有光學玻璃濾色片(2)以及由擴束鏡和兩片全息片組成的光強均勻化器(3)，高斯腰聚焦透鏡組(4)為可插入或退出光路活動件，多層介質膜半反片為楔形半反片，在雙臂電橋式光斑對準系統中設有四象限光電池(20)和檢零計(21)以及高精度數字式光電流比率表(9)，測量路光電池(8)的受光面相對于入射光束傾斜放置。
2.根據權利要求1所述的差動式透射率反射率儀，其特征是還設置有罩外操作的試件平移機構，包括測微頭(26)、旋輪(27)、旋臂(28)、偏心槽板(29)、燕尾座(30)、燕尾滑板(31)和試件架(32)。
3.根據權利要求1所述的差動式透射率反射率儀，其特征是還設置有罩外操作的旋轉機構，由旋輪(33)、帶游標(36)固定和角度盤(35)、轉臂(34)組成，且為游標(36)固定和角度盤(35)轉動形式。
4.根據權利要求1所述的差動式激光透射率和反射率儀，其特征是光源室(23)和測量池(24)設置了蔽光防塵外罩。
專利摘要本實用新型的差動式激光透射率反射率儀是屬于光學測量領域，是用來測量光學膜片對激光光譜透射率和反射率的儀器，由電器箱、光源室、測量池等部分構成。其主要特點是通過對“DF透反儀”的改進，提高了儀器的測量精度和測算速度，擴展了測量光譜范圍，同時還設置了罩外操作和防護裝置，使儀器便于操作使用和維護保養。
文檔編號G01J3/00GK2052532SQ8921243
公開日1990年2月7日 申請日期1989年5月3日 優先權日1989年5月3日
發明者劉補生, 周春生, 曾憲賢 申請人:湖南省湘潭市應用技術研究所