[发明专利]薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统及方法

权利要求书

1.一种薄壁封闭玻璃腔室物理壁厚和折射率的检测系统，包括：用于产生输入光的光源，用于信号调制解调的锁相放大器、光学斩波器和光电探测器，用于光路调节的元器件分光片、透镜、光阑，以及计算机；

光源产生激光进入主光路，经两个透镜调节光斑尺寸，再经光阑整形光斑、控制光强；输入光经过分光片后形成参考光路和测量光路，测量光路的激光经过腔室的表面，反射到光电探测器中，其输出信号经锁相放大器调制后，连接计算机；参考光路的激光直接由光电探测器检测，其输出信号经另一锁相放大器调制后，连接计算机。

2.一种采用权利要求1的薄壁封闭玻璃腔室物理壁厚和折射率的检测系统的薄壁封闭玻璃腔室物理壁厚和折射率的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对实验所用激光器进行标定；

2)改变激光器的控制温度调节激光的频率，并通过相关实验设备记录原始数据，包括测量信号的幅值和频率、参考信号的幅值和频率；

3)对待测信号进行方波调制，设置光学斩波器的频率，如式(1)；并利用正交的两路信号来解调待测信号，如式(3)和式(4)；根据多通道交叉调制的原理，调制信号与待测信号通过相敏感器相互作用，如式(5)和式(6)；其输出经过低通滤波器之后，大部分高频信号被去除，如式(7)和式(8)；两路解调信号经过矢量加法器，输出信号U_out，如式(9)；

Sig(t)＝V_r·Sq(ωt) (1)

式中，Sig(t)表示待测信号，V_r表示待测信号的幅值，Sq(ωt)表示方波调制函数，ω表示角频率；

Ref₁(t)＝V_icos(ωt+θ) (3)

Ref₂(t)＝V_isin(ωt+θ) (4)

式中，Ref₁(t)表示调制信号1，Ref₂(t)表示调制信号2，它与调制信号1有90°相位差，V_i表示调制信号的幅值，θ表示调制信号的偏置相位角；

式中，表示待测信号与调制信号1进行调制的结果，表示待测信号与调制信号2进行调制的结果，T表示积分时间，U_out表示待测信号的幅值；

4)参考步骤3，获取反射光信号和入射光信号，进行相关数据拟合，得到薄壁封闭玻璃腔室光学参数，即壁厚和折射率，具体如式(10)所示：

式中，I_in表示入射激光的光强，I_R表示反射激光的光强，I_t表示透射激光的光强，R₀表示测量样品表面的反射率，λ表示激光器的波长，n表示待测样品的折射率，d表示待测样品的物理厚度，α表示激光的入射角，β表示激光的出射角。