[发明专利]一种基于光学干涉的光学薄膜反射率测量系统及测量方法

说明书

本发明提供一种基于光学干涉的光学薄膜反射率测量系统，包括：光纤端面反射率测试子系统，通过改变两个光纤端面之间的腔长距离，采集多组干涉光谱并计算对应腔长；基于双光束干涉公式拟合多组干涉光谱并解算光纤端面的实测反射率；将实测反射率与光谱仪直接测得的光纤端面标准反射率对比，通过多项式拟合获得反射率补偿系数‑腔长的关系式；石墨烯薄膜反射率测试子系统，通过改变对准的单模光纤与光学薄膜之间的距离，采集多组干涉光谱，基于双光束干涉公式拟合干涉光谱，从而解算光学薄膜的实测反射率；及修正子系统，基于反射率补偿系数的表达式对光学薄膜的实测反射率进行修正，获得光学薄膜的修正反射率。还公开了对应的测量方法。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别是一种基于光学干涉的光学薄膜反射率测量系统及测量方法。

背景技术

光学薄膜是由薄的分层介质构成的，通过界面传播光束的一类光学介质材料。光学薄膜赋予了光学元件多种使用性能，在众多的光学系统及装置中得到了广泛应用，而且其性能与质量直接影响了光学系统或装置的应用水平。

其中，反射率是光学薄膜最基本、最重要的光学特性之一，因此光学薄膜反射率的测量也是光学薄膜的关键测量技术之一。反射率是指给定条件下(入射光波长、偏振态以及入射角等)，反射的辐射通量或光通量与入射的通量之比，目前最常用的光学干涉反射率测量方法是通过解调干涉光谱的方式实现反射率的测量，同时根据中国国家标准化管理委员会所发布的《GB/T 37412-2019激光器和激光相关设备光腔衰荡高反射率测量方法》，反射率测量结果与腔长无关，但其他可影响反射率测量结果的因素可能与腔长有关，例如衍射损失、有限的仪器响应时间等。因此为了获取高精度的光学薄膜反射率，尤其是超薄光学薄膜的低反射率值时，需要引入合理的修正方式提高测量精度。

上世纪70年代末，为解决国内激光陀螺光学镀膜的问题，高伯龙院士提出了利用差动原理进行透射率/反射率的测量方案，基于此原理制备的透反仪，目前仍在广泛使用。后来随着透射/反射率积分球的出现，实现了可用于各种媒介的透射率和反射率的测量，但其价格昂贵，空间占有率过高，难以普及。2020年，在中国专利文献CN110646169中，公开了一种曲面光学薄膜元件的反射率测量方法，提供了一种可解决角度不同光线难以全部收集的问题，保证了不同曲率半径的曲面光学薄膜反射率的测量精度，但这种方法仍依赖于积分器，且对平面光学薄膜的反射率测量精度并未提及。2021年，在中国专利文献CN113008833A中，公开了一种高精度光学薄膜反射率测量方法，通过构造平衡探测光路，利用Fresnel公式和差动原理，将测量光束的反射率测量问题转换为参考光束在光学棱镜表面的反射率精度标定问题，但此方法所采用的测试系统复杂，且未考虑光路损耗带来的影响。

因此现有研究表明，在光学薄膜的反射率测量领域，存在如下技术缺陷：

(1)光干涉法是最常用、最准确的测量方式，但光干涉法难免受到传输过程中光路损耗的影响，光损耗会导致解算的反射率存在误差，进一步导致测得的光学薄膜反射率不准确。

(2)目前市面上的反射率测试仪器结构复杂、空间占用率较高，且在超薄光学薄膜的测试方法上具有很大的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种基于光学干涉的光学薄膜反射率测量系统及测量方法，基本原理是对光学薄膜的反射率进行修正式测量，其中的测量系统和测量方法通过对干涉光谱进行双光束干涉拟合，结合光纤端面标准反射率的校准补偿，实现光学薄膜反射率的准确解算，从而可有效降低光学薄膜反射率测量误差较大的问题，使测试系统抗干扰性更强，对薄膜光学特性研究具有重要的实际意义与应用价值。

根据本发明一方面，提供了一种基于光学干涉的光学薄膜反射率测量系统，包括：

光纤端面反射率测试子系统、光学薄膜反射率测试子系统以及修正子系统，其中：