[发明专利]一种透明材料上高深径比微孔重铸层的测量装置及方法

摘要

本发明涉及一种透明材料上高深径比微孔重铸层的测量装置及方法，属于光学测量技术领域。其中测量仪器包括线性相干光源、起偏装置、缩束装置、扩束装置、检偏装置、光强检测器以及数据处理计算机。在加工时，透明材料被加工区域的材料晶格结构及密度会发生变化。因而加工影响区域的光学性质(如折射率)会发生改变。通过测量微孔孔壁附近材料折射率的改变，可以得知重铸层的厚度和折射率变化。本发明所提及的透明材料上微孔重铸层测量方法在微孔加工领域研究、微孔加工工艺改进和微孔应用研究等方面都有广泛应用。本发明可以实现对透明材料上微孔重铸层进行精确测量。

主权项

一种透明材料上高深径比微孔重铸层的测量装置，其特征在于：包括光源(1)，起偏器(2)，缩束系统(3)，机械转台(4)，扩束系统(5)，检偏器(6)，光强检测器(7)；测量时由光源(1)产生的光经过起偏器(2)来控制其偏振方式，再经过缩束系统(3)将光的直径缩小到小于样品光栅区域的尺寸，经过缩束后的光照射样品，之后零级衍射光经过扩束系统(5)及检偏器(6)后到达光强检测器(7)，最终由光强检测器(7)检测光的强度；样品放置在机械转台(4)上；所述一种透明材料上高深径比微孔重铸层的测量方法，具体步骤如下：步骤一、样品制备；制备两份完全相同的待加工样品；一份作为测试样品，一份作为参考样品；所述样品为长方体，且长度和高度需大于检测光的直径，其中长宽高分别记为L1，Lw，Lh，其前后表面为L1与Lh所成的平面，上下表面为L1与Lw所成的平面，左右表面为Lh与Lw所成的平面；样品厚度需大于加工微孔直径的3倍；样品前后表面及上表面需要做抛光处理；沿测试样品上表面L1方向在中心线处加工一连串等间距的微孔；所述微孔加工参数相同；所述微孔与样品上表面垂直；步骤二、对微孔结构的几何尺寸进行测量，所述测量尺寸包括微孔直径d、微孔间距D及微孔长度l；步骤三、对测试样品光学性质进行测量；将测试样品固定放置于机械转台上，测试样品前表面需要与检测光垂直；从上表面看，测试样品上微孔阵列中心与机械转台中心重合；从前表面看，光束需照射在微孔阵列区域的中心位置；确定初始的检测光强值与偏振值，所述检测光强值与偏振值可以为任意值；调整缩束系统使光束直径小于微孔的长度l，使得光束完全通过样品中的微孔阵列；然后调节扩束系统、检偏器与光强检测器，使得样品零级衍射光被垂直射入光强检测器；转动机械转台，使得测试样品与检测光所成的角度逐渐变化，光强检测器记录不同角度下的测试样品的零级衍射光强值A1；步骤四、对参考样品光学性质进行测量；保持步骤三的检测状态不变，用参考样品替换测试样品，光强检测器(7)记录不同角度下的参考样品的零级衍射光强值A2；步骤五、建模计算；通过计算步骤四所得的光强值A2与入射光强A0的差值，可以得到光在非微孔阵列区域的能量损耗，结合步骤三所得的光强值A1,得到微孔阵列所形成的光栅结构在不同角度下的零级衍射效率η＝1‑(A2‑A1)/A2；根据步骤二中测得的样品几何参数，选定一个重铸层初始厚度m0及初始折射率N0；根据以上初始参数，使用严格耦合波理论计算不同入射角度下的透射光的理论零级衍射效率；比对理论零级衍射效率与实验测量结果η之间的差值，并据此来修正重铸层参数m0及N0；通过遗传算法迭代搜寻最优解(mn，Nn)；得出样品微孔重铸层的厚度及折射率。