[发明专利]用于光学薄膜光谱测量的使用环境模拟装置及测量方法

说明书

一种用于光学薄膜光谱测量的使用环境模拟装置及测量方法。该装置将光学薄膜样品置于装置腔室之中，并依据薄膜使用环境要求对腔室抽真空或充入不同种类的气体，同时监控装置内的温湿度，以实现对光学薄膜使用环境的模拟。将该装置与分光光度计配合使用，可以测量光学薄膜在所需使用环境状态下的光谱性能。本装置可利用商用分光光度计准确测量光学薄膜在不同使用环境、不同使用角度下的光谱，通用性强且使用方便。

技术领域

本发明涉及光学薄膜元件光学性能测试领域，特别是一种用于光学薄膜光谱测量的使用环境模拟装置及测量方法。

背景技术

光学薄膜是光学系统不可或缺的组成器件，对光学系统的性能有着重要的影响。许多光学系统需要特殊的运行或使用环境，其中的光学薄膜元件也必须适用于系统的运行使用环境。如在空间领域应用的光学系统中的薄膜元件将工作在真空环境下；在大型超短脉冲激光系统中为了减少激光脉冲与气体分子的碰撞电离以影响光束质量，大量的薄膜元件也都工作在系统抽真空环境中；在大型激光系统放大器中，为了保护增益介质，系统中的薄膜元件工作在充氮气维持的低湿环境中；在高功率激光远距离传播时，为了减少激光脉冲与空气中氮气分子产生的非线性效应造成功率损耗，大量的光学薄膜元件工作在干燥氩气等惰性气体环境中。光学薄膜的制备特性造成了薄膜结构中往往存在着细小孔隙，孔隙中由于毛细管作用吸附了大量水分子，薄膜材料、结构以及这些水分子共同决定了薄膜元件的光谱性能。当光学薄膜使用在这些真空或不同的干燥气体环境中时，由于环境湿度显著降低，水分子会部分解吸导致膜层折射率改变，此时的光谱与在常规实验室大气环境下测试的光谱相比会产生变化，变化量与光学薄膜的制备工艺、种类、使用环境参数等条件密切相关。因此，准确测量光学薄膜在抽真空、充气等特殊使用环境中的光谱对于验证薄膜元件是否满足使用要求以及通过测量数据调整制备参数制备满足使用环境的薄膜元件都至关重要。

测量光学薄膜在系统使用环境下的光谱，需要建立一个相同的模拟环境，将薄膜元件或者同一批次镀制的光谱测试陪镀片放置在模拟环境中进行测量。目前测量薄膜元件的光谱常用的是各种型号的商用分光光度计。这些分光光度计测量稳定、精度高且技术成熟，但没有模拟薄膜样品使用环境的组件，因此只能测量光度计所在的操作环境，即常规大气环境中薄膜元件的光谱，无法实现光学薄膜在真空、充气等使用环境下的光谱测量。若将商用分光光度计或自行搭建测试光路系统整体密封在抽真空或充气环境中测量，则建造和使用成本将非常高昂、且平台体积巨大，操作便利性和稳定性差，难以推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光学薄膜光谱测量的使用环境模拟装置及测量方法。该装置可以利用研制光学薄膜的科研院所、企业公司等单位普遍配置的商用分光光度计、真空泵组、气瓶实现光学薄膜使用环境的模拟以及在使用环境中光谱性能的测量，装置小巧使用方便，且稳定性、通用性强。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于光学薄膜光谱测量的使用环境模拟装置，包括：腔体、腔盖、入射光窗口、出射光窗口、通光口径调节器、观察窗口、角度调节旋钮、手动气阀、一号针阀、二号针阀、温湿度计、角度盘、样品盘、供光学薄膜样品放置的样品架、旋转台、蜗轮和蜗杆，上述各部件连接关系如下：

所述的腔体前后两侧开孔分别安装有所述的入射光窗口和出射光窗口，所述的入射光窗口和出射光窗口内均设有通光口径调节器；

所述的腔体右侧开有两孔，分别安装二号针阀和手动气阀，所述的手动气阀上有抽气充气口用于连接抽气或充气设备，对腔体内部进行抽真空或充气；

所述的腔体内部固定有角度盘，腔体底部安装有旋转台，该旋转台的下端通过蜗轮与蜗杆的一端相连，该蜗杆的另一端连接角度调节旋钮，所述的旋转台的上端伸至角度盘内，与样品盘相连，样品架可固定在样品盘上；

所述的腔体的上部设有腔盖，该腔盖上设有观察窗口、一号针阀，该腔盖下方安装温湿度计的探头，用于测量腔体内的温度和湿度。