[发明专利]测量具有陡峭折射率区域离子交换玻璃模谱的设备和方法

说明书

揭示了用于测量具有陡峭折射率区域的离子交换玻璃基材的模谱的设备和方法。在耦合棱镜和玻璃基材之间提供界面化流体。对界面化流体厚度进行选择从而使得随着流体厚度的模式双折射的变化降低至可接受水平。耦合棱镜可以在耦合表面上包含棱镜涂层，从而基材‑棱镜界面包括棱镜涂层。耦合棱镜还可包括远离化元件，其作用是限定界面化流体的厚度。

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年10月30日提交的美国临时申请系列第61897546号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景技术

本发明涉及对离子交换玻璃进行表征，具体来说，涉及对具有陡峭且浅的近表面折射率区域的离子交换玻璃的模谱(mode spectra)进行测量的设备和方法。

可以通过离子交换工艺对某些类型的玻璃和玻璃陶瓷进行化学强化。由于形成了近表面压缩层导致强化，这通常产生应力诱发的双折射。双折射进而对应于玻璃中的折射率曲线的偏振依赖性变化。离子交换过程通常改变了折射率曲线，其形状对应于扩散进入玻璃中的离子浓度。应力通过应力光学系数与双折射线性相关。

对于具有抗微生物(AM)表面性质的化学强化玻璃存在不断增加的商业兴趣。可以采用双离子交换(DIOX)过程来制造此类玻璃，其中，进行第一离子交换(IOX)过程来进行强化。IOX过程涉及用较大的碱性离子(例如K⁺) 来交换原始基底(块体)玻璃中存在的较小碱性离子(例如Na⁺或Li⁺)。第一 IOX过程之后是第二IOX过程，其包括抗微生物离子(例如Ag⁺)。在某些情况下，可以同时供给两种交换离子(即，较大的碱性离子和抗微生物离子)。所得到的折射率曲线包括陡峭且浅的近表面区域，之后是没有那么陡峭且较深的区域。

采用棱镜耦合对离子扩散的玻璃进行表征的光学方法以及对得到的模谱进行分析是本领域已知的。但是，现有技术的棱镜耦合系统和方法不能令人满意地测量折射率曲线的陡峭且浅的近表面区域的模谱。

具体来说，在现有技术中，通过化学强化离子交换获得并且通过高分辨率模谱测量系统测得的折射率范围通常小于约0.02RIU(折射率单位)。该有限的范围使得现有技术系统和方法能够利用光检测器处测得的模谱位置和模有效折射率(mode effectiveindex)之间的线性近似。但是，由于抗微生物玻璃的折射率曲线特性通常具有超过或者远超过0.03RIU的折射率范围，线性近似变得没有那么准确并导致计算折射率和应力曲线中的系统误差，特别是在基材表面处和近基材表面处。

甚至更重要的是，用于测量应力的现有技术系统无法检测折射率曲线的陡峭近表面区域中的传播光模，或者在一些情况下，无法以对于实际有用的应力测量的足够精度来对它们进行检测。基于激光源并且采用施加到基材的旋转棱镜和活塞的不同类型棱镜耦合系统可用于检测折射率分布的浅且陡峭折射率的模式，但是它们不具有对于应力测量所需的精度也没有适合解析部分主要在折射率曲线的较不陡峭和较深区域中传播的模式的分辨率。

发明内容