[发明专利]一种光学材料折射率的精密测量装置及方法

权利要求书

1.一种光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上设有被测样品；所述被测样品的反射光路上设有第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置；所述被测样品的透射光路上依次设有透镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。

2.一种光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：该装置包括宽光谱光源，所述宽光谱光源的输出光路上设有第一分光镜，所述第一分光镜的反射光路上设有光功率计，所述第一分光镜的透射光路上依次设有第一抛物面反射镜和被测样品；所述被测样品的反射光路上依次设有所述第一抛物面反射镜和第二分光镜，所述第二分光镜的反射光路上设有第三分光镜；所述第三分光镜的反射光路上设有零度入射角校准装置，所述第三分光镜的透射光路上依次设有第二抛物面反射镜和光谱仪；所述被测样品固定于位移装置上；所述宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置、光谱仪和位移装置均与计算机交互式信号连接。

3.根据权利要求1所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：所述第一分光镜与被测样品之间的光路上设有第一高反射镜，所述被测样品与透镜之间的光路上设有第二高反射镜；所述第一高反射镜也设于被测样品与第二分光镜之间的光路上。

4.根据权利要求2所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：所述第一抛物面反射镜与第二抛物面反射镜的焦距相同。

5.根据权利要求1或2所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：所述零度入射角校准装置为二维位置敏感探测器。

6.根据权利要求1或2所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：所述位移装置由二维精密移动载物平台、角位移平台和平台控制器组成，所述二维精密移动载物平台和角位移平台分别通过平台控制器与计算机交互式信号连接；所述被测样品固定于二维精密移动载物平台上，所述二维精密移动载物平台固定于角位移平台上。

7.根据权利要求6所述的光学材料折射率的精密测量装置，其特征在于：所述平台控制器选用Zolix SC300系列的平台控制器。

8.根据权利要求1所述的一种光学材料折射率的精密测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将被测样品放置在位移装置上，宽光谱光源输出的光束，一部分经第一分光镜反射后进入光功率计，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜透射后到达被测样品表面；

（2）被测样品表面的反射光束经第二分光镜反射后进入零度入射角校准装置，用于校准零度入射角；被测样品表面的透射光束经透镜聚焦后进入光谱仪，用于探测透射光强；

（3）固定光束在被测样品表面的入射位置，调整位移装置，通过零度入射角校准装置校准零度入射角；

（4）通过位移装置改变光束在被测样品表面的入射位置和入射角，同时采集宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置和光谱仪的探测数据，生成一定波段内法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线；

（5）从一定波段内法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线中提取出多个单波长法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线；

（6）根据每个单波长法布里-珀罗干涉信号的透射光强伴随入射角的变化曲线，得到每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线；

（7）通过对多个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线进行分析比较，在一定的被测样品厚度范围内，找出对应相同的被测样品厚度的残差函数收敛极值，即为每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数唯一收敛位置，所述对应相同的被测样品厚度即为被测样品的实际厚度；

（8）根据被测样品的实际厚度和每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数，确定每个单波长下的被测样品折射率；

（9）根据得到的每个单波长下的被测样品折射率，绘制被测样品在一定波段内的折射率色散曲线。

9.根据权利要求2所述的一种光学材料折射率的精密测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将被测样品放置在位移装置上，宽光谱光源输出的光束，一部分经第一分光镜反射后进入光功率计，用于探测入射光强，另一部分经第一分光镜透射和第一抛物面反射镜反射后到达被测样品表面；

（2）被测样品表面的反射光束经第一抛物面反射镜反射和第二分光镜反射后到达第三分光镜，一部分光束经第三分光镜反射后进入零度入射角校准装置，用于校准零度入射角，另一部分光束经第三分光镜透射和第二球面反射镜反射后进入光谱仪，用于探测反射光强；

（3）固定光束在被测样品表面的入射位置，调整位移装置，通过零度入射角校准装置校准零度入射角；

（4）通过位移装置改变光束在被测样品表面的入射位置和入射角，同时采集宽光谱光源、光功率计、零度入射角校准装置和光谱仪的探测数据，生成一定波段内法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线；

（5）从一定波段内法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线中提取出多个单波长法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线；

（6）根据每个单波长法布里-珀罗干涉信号的反射光强伴随入射角的变化曲线，得到每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线；

（7）通过对多个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数关于被测样品折射率和厚度的收敛曲线进行分析比较，在一定的被测样品厚度范围内，找出对应相同的被测样品厚度的残差函数收敛极值，即为每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数唯一收敛位置，所述对应相同的被测样品厚度即为被测样品的实际厚度；

（8）根据被测样品的实际厚度和每个单波长法布里-珀罗干涉信号的残差函数，确定每个单波长下的被测样品折射率；

（9）根据得到的每个单波长下的被测样品折射率，绘制被测样品在一定波段内的折射率色散曲线。