光學(xué)材料折射率曲線測量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)測量領(lǐng)域,具體設(shè)及一種光學(xué)材料折射率曲線測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 折射率是有材料的分子極化率確定的一個(gè)光學(xué)參數(shù),是一個(gè)重要的物理量,它決 定了光在材料里的傳播路徑和速度。對于一般材料折射率還會(huì)隨著波長變化而變化,即材 料的色散。各波長的光具有不同的折射率將導(dǎo)致個(gè)波長的光在材料中的路徑和速度不同, 最簡單的例子就是光學(xué)透鏡的色差。對材料的各個(gè)波長的折射率進(jìn)行測量具有重要意義。
[0003] 常用的折射率曲線的測量方法有測角法和干設(shè)法兩大類。測角法包括最小偏折 法、V棱鏡和自準(zhǔn)直法等。運(yùn)些方法是將材料加工成特定的形狀,通過復(fù)雜的操作獲取特定 的幾個(gè)波長的折射率值,對運(yùn)些離散的折射率值采用數(shù)據(jù)擬合的方法最終獲取整個(gè)波段的 折射率曲線。運(yùn)種方法操作繁瑣,并不是一種方面的測量方法。干設(shè)法包括F-P干設(shè)儀和 寬帶光相干干設(shè)法等。F-P干設(shè)儀僅能對薄透明體測量,并且光路調(diào)整復(fù)雜測量時(shí)間長;寬 帶光相干干設(shè)法是利用邁克爾遜干設(shè)儀裝置獲取不同波長的干設(shè)信息進(jìn)而得到因?yàn)榇郎y 樣品而引入的光程,然而此方法只能測量得到材料的群折射率信息,并不能得到材料的折 射率曲線。
[0004] 本發(fā)明在已有的寬帶光相干干設(shè)基礎(chǔ)上,通過分析群折射率和折射率的關(guān)系,提 出了一種數(shù)據(jù)擬合的從群折射率曲線求折射率曲線的近似計(jì)算方法,并設(shè)計(jì)了激光雙縫干 設(shè)裝置用確定某一波長所對應(yīng)的折射率值,結(jié)合運(yùn)個(gè)折射率值提出了一種積分的精確的折 射率曲線的算法。本發(fā)明可W對光學(xué)材料的折射率曲線進(jìn)行測量,具有高效、高精度等優(yōu) 點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可W對光學(xué)材料的折射率曲線進(jìn)行測量,具有高效、 高精度等優(yōu)點(diǎn)的光學(xué)材料折射率曲線測量方法及裝置。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種光學(xué)材料折射率曲線測量方法,包括 如下步驟, S1:通過一寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材料不同波長的群折射率值; S2:通過一激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材料在一確定的激光的波長下對應(yīng)的折射 率值; S3:采用積分算法結(jié)合步驟S1及S2的測量結(jié)果對待測光學(xué)材料在整個(gè)波長范圍的群 折射率值進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)而得到待測光學(xué)材料在整個(gè)波長范圍的折射率曲線。
[0007] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述積分算法公式如下:
其中,胃^?|是待測光學(xué)材料的待求折射率值,^;0是^^!所對應(yīng)的波數(shù),巧;^。.;是待測光 學(xué)材料在確定的激光的波長下對應(yīng)的折射率值,是所對應(yīng)的波數(shù),聲o)是待測光學(xué) 材料的群折射率值,k是%《|所對應(yīng)的波數(shù)。
[0008] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,在步驟S1中,所述寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)是W寬帶光源為發(fā) 光源的邁克爾干設(shè)儀,通過采集邁克爾干設(shè)儀的其中一光束臂插入待測光學(xué)樣品前后的干 設(shè)光譜信號(hào)進(jìn)而獲得待測光學(xué)材料的群折射率值。
[0009] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述待測光學(xué)材料不同波長的群折射率值的具體獲取方式 為: S11 :在不同波長的寬帶光源下,通過采集邁克爾干設(shè)儀的其中一光束臂插入待測光學(xué) 樣品前后的干設(shè)光譜信號(hào),從而獲得待測光學(xué)材料整個(gè)波段的干設(shè)光譜信號(hào); S12:將整個(gè)波段的干設(shè)光譜信號(hào)按波長進(jìn)行分段,采用短時(shí)傅里葉變換技術(shù)對其進(jìn)行 處理,獲取因?yàn)榇郎y光學(xué)樣品引入而增加的光程,并利用
計(jì)算出各個(gè)波 長所對應(yīng)的群折射率值,其中,雜是光程差,d是待測光學(xué)材料的厚度。
[0010] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述步驟S12后還包括一步驟,即根據(jù)步驟S12獲得的各個(gè) 波長所對應(yīng)的群折射率值,采用數(shù)據(jù)擬合的方法獲得近似的各個(gè)波長的折射率值,具體如 下: 將群折射值鳴if通過下式按波數(shù)k進(jìn)行級數(shù)展開:
則近似的折射率值嗎玲可按下式計(jì)算:
其中,n為正整數(shù); 根據(jù)上述獲得的近似的各個(gè)波長的折射率值,即可獲得寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)在插入待 測光學(xué)樣品前后的條紋偏移的整數(shù)部分偏移量。
[0011] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,在步驟S2中,通過所述激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材 料在一確定的激光的波長下對應(yīng)的折射率值的方式為:通過將待測光學(xué)材料放置于所述激 光雙縫干設(shè)系統(tǒng)的單縫片與雙縫片之間,并使待測光學(xué)材料的邊緣處于雙縫片兩條狹縫中 央,W使得待測光學(xué)材料剛好擋住雙縫片的一條狹縫;在確定的激光波長下,通過分析插入 待測光學(xué)材料前后兩次的干設(shè)條紋圖像,獲得條紋偏移的小數(shù)部分偏移量,從而獲得條紋 偏移量,根據(jù)條紋偏移量乘W確定的激光波長,獲取因?yàn)椴迦氪郎y光學(xué)材料而增加的光程 差,精確確定待測光學(xué)材料在該確定的激光波長下所對應(yīng)的折射率值 本發(fā)明還提供了一種光學(xué)材料折射率曲線測量裝置,包括用于測量待測光學(xué)材料不同 波長的群折射率值的寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)及用于測量該待測光學(xué)材料在一確定的激光波 長下對應(yīng)的折射率值的激光雙縫干設(shè)系統(tǒng),結(jié)合待測光學(xué)材料不同波長的群折射率值及其 在一確定的激光波長下對應(yīng)的折射率值,通過積分算法,即可得到待測光學(xué)材料在整個(gè)波 長范圍的折射率曲線。
[0012] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述積分算法公式如下: CN 105115940 A 坑明巧 3/6頁
其中,是待測光學(xué)材料的待求折射率值,是^錢g自所對應(yīng)的波數(shù),琴目i是待測光 學(xué)材料在確定的激光的波長下對應(yīng)的折射率值,是綜瞧I所對應(yīng)的波數(shù)堤待測光學(xué) 材料的群折射率值,k是t苗(輯所對應(yīng)的波數(shù)。
[0013] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)包括寬帶光源、第一透鏡、第二透 鏡、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、光譜儀;寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡準(zhǔn)直后,被分 光鏡分為參考臂光束和樣品臂光束,其中樣品臂光束中插入待測光學(xué)材料,兩束光束經(jīng)第 一反射鏡、第二反射鏡反射后,返回分光鏡匯合并經(jīng)第二透鏡聚焦后被光譜儀采集。
[0014] 在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)包括激光光源、單縫片、雙縫片、觀 察屏,所述激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材料在確定的激光波長下所對應(yīng)的折射率值的 原理為:首先,激光光源發(fā)射的光經(jīng)單縫片、雙縫片,在觀察屏上形成參考干設(shè)條紋圖像,然 后,將待測光學(xué)材料置于單縫片、雙縫片之間,并使得待測光學(xué)材料剛好擋住雙縫片的一條 狹縫,通過激光光源發(fā)射的光經(jīng)單縫片、待測光學(xué)材料、雙縫片,在觀察屏上形成偏移干設(shè) 條紋圖像,通過分析對比偏移干設(shè)條紋圖像與參考干設(shè)條紋圖像,即可獲得待測光學(xué)材料 在確定的激光波長下所對應(yīng)的折射率值。
[0015] 相較于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明具有W下有益效果:本發(fā)明簡化了傳統(tǒng)復(fù)雜的操作,實(shí)現(xiàn) 材料在整個(gè)波段的折射率曲線的簡易測量,是一種快速便捷的高精度的實(shí)用性強(qiáng)的材料折 射率測量方法。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)。
[0017] 圖2為激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)。
[0018] 圖3為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的寬帶光相干干設(shè)信號(hào)圖。
[0019] 圖4為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的群折射率和擬合算法得到的近似折射率曲線。
[0020] 圖5為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的激光雙縫干設(shè)圖樣。
[0021] 圖6為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的測量結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖,對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0023] 如圖1-6所示,本發(fā)明的一種光學(xué)材料折射率曲線測量方法,包括如下步驟, 51 :通過一寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材料不同波長的群折射率值; 52 :通過一激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材料在一確定的激光的波長下對應(yīng)的折射 率值; 53 :采用積分算法結(jié)合步驟S1及S2的測量結(jié)果對待測光學(xué)材料在整個(gè)波長范圍的群 折射率值進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)而得到待測光學(xué)材料在整個(gè)波長范圍的折射率曲線,所述積分算法 公式如下: CN105115940A 說明書 4/6 頁
其中,是待測光學(xué)材料的待求折射率值,是^錢g自所對應(yīng)的波數(shù),驗(yàn)||是待測光 學(xué)材料在確定的激光的波長下對應(yīng)的折射率值,是雜議所對應(yīng)的波數(shù)堤待測光學(xué) 材料的群折射率值,k是''\識(shí)所對應(yīng)的波數(shù)。
[0024]在步驟S1中,所述寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)是W寬帶光源為發(fā)光源的邁克爾干設(shè)儀, 通過采集邁克爾干設(shè)儀的其中一光束臂插入待測光學(xué)樣品前后的干設(shè)光譜信號(hào)進(jìn)而獲得 待測光學(xué)材料的群折射率值,具體獲取方式為: S11 :在不同波長的寬帶光源下,通過采集邁克爾干設(shè)儀的其中一光束臂插入待測光學(xué) 樣品前后的干設(shè)光譜信號(hào),從而獲得待測光學(xué)材料整個(gè)波段的干設(shè)光譜信號(hào); S12:將整個(gè)波段的干設(shè)光譜信號(hào)按波長進(jìn)行分段,采用短時(shí)傅里葉變換技術(shù)對其進(jìn)行 處理,獲取因?yàn)榇郎y光學(xué)樣品引入而增加的光程,并利用%^巧粉I.;,計(jì)算出各個(gè)波 長所對應(yīng)的群折射率值,其中,&^?是光程差,(1是待測光學(xué)材料的厚度。
[00巧]根據(jù)步驟S12獲得的各個(gè)波長所對應(yīng)的群折射率值,采用數(shù)據(jù)擬合的方法獲得近 似的各個(gè)波長的折射率值,具體如下: 將群折射值嫁i;通過下式按波數(shù)k進(jìn)行級數(shù)展開:
則近似的折射率值可按下式計(jì)算:
其中,n為正整數(shù); 根據(jù)上述獲得的近似的各個(gè)波長的折射率值,即可獲得寬帶光相干干設(shè)系統(tǒng)在插入待 測光學(xué)樣品前后的條紋偏移的整數(shù)部分偏移量。
[0026]通過所述激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)測量待測光學(xué)材料在一確定的激光的波長下對應(yīng)的 折射率值的方式為:通過將待測光學(xué)材料放置于所述激光雙縫干設(shè)系統(tǒng)的單縫片與雙縫片 之間,并使待測光學(xué)材料的邊緣處于雙縫片兩條狹縫中央,W使得待測光學(xué)材料剛好擋住 雙縫片的一條狹縫;在確定的激光波長下,通過分析插入待測光學(xué)材料前后兩次的干設(shè)條 紋圖像,獲得條紋偏移的小數(shù)部分偏移量,從而獲得條紋偏移量,根據(jù)條紋偏移量乘W確定 的激光波長,獲取因?yàn)椴迦氪郎y光學(xué)材料而增加的光程差,精確確定待測光學(xué)材料在該確 定的激光波長下所對應(yīng)的折射率值 本發(fā)明還提供了一種光學(xué)材料折射率曲線測量裝置,包括用于測量待測光學(xué)材