[發明專利]一種用于介質內測量薄膜厚度和折射率的裝置

有效

• 申請號: 201310537707.1
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103759661A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 彭瑜
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01N21/21
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于介質內測量薄膜厚度和折射率的裝置，屬于光學測量技術領域。

背景技術

光經過反射膜的反射，s分量和p分量的相位發生改變。通常s和p分量之間的相對相位差可以用橢圓偏振儀來測量，如圖1所示，LD發射的光經起偏器后，入射到樣品上，其反射經檢偏器后，被探測器PD檢測。以此進一步可測量薄膜厚度和折射率，但是這類橢圓偏振儀測量的條件都限制從空氣入射到介質的測量，且傳統的橢圓偏振儀測量精度有限。而對于從介質入射到空氣方式下的薄膜厚度和折射率的測量，目前尚未有相關的報道。

發明內容

本發明的目的是為解決從介質入射到空氣的薄膜厚度和折射率的測量問題，提出一種用于介質內測量薄膜厚度和折射率的裝置，利用F-P腔的共振曲線來測量介質內s和p之間的相對相位差,進而準確測量薄膜厚度和折射率。

一種用于介質內測量薄膜厚度和折射率的裝置，包括半導體二極管、非球面準直透鏡、衍射光柵、半波片、可拆解的隔離器、PD探測器、F-P腔、F-P腔壓電陶瓷和F-P腔熱沉。

所述F-P腔包括第一高反射膜、第二高反射膜和被測反射膜。第一高反射膜和第二高反射膜，均為平面結構，成一定角度放置，構成F-P腔的兩端反射面，反射率能達到99.9％。所成角度能保證光束分別垂直入射第一高反射膜和第二高反射膜。待測反射膜作為平面環形F-P腔的入射面和輸出耦合面。

F-P腔壓電陶瓷粘在F-P腔的第一高反射膜上，用于F-P腔的快速頻率調諧。

所述可拆解的隔離器包括第一偏振分束器（PBS）、第二PBS和磁極。第一PBS、第二PBS通過磁極連接。第一PBS和第二PBS能分別順時針或者逆時針旋轉。

所述半波片能沿順時針或者逆時針旋轉。

非球面準直透鏡位于半導體二極管與衍射光柵之間，與半導體二極管同軸，位于衍射光柵的左側位置，成衍射光的入射角；可拆解的隔離器位于衍射光柵的右側位置，成第一衍射角；PD探測器位于第一PBS的正下方；半波片位于可拆解的隔離器ISO與被測反射膜中間，與可拆解的隔離器ISO共軸。

自半導體二極管發出的光線經非球面準直透鏡準直后，以一定的角度入射到衍射光柵，再經衍射光柵衍射，其一級衍射被原路反射回，零級衍射經可拆卸的光隔離器后，再經過半波片，入射到F-P腔形成光反饋，其反饋光依次通過第二PBS、第一PBS后，被PD探測器檢測，通過示波器顯示出來，實現對反饋光強度和光譜特性的檢測。通過改變半波片HWP改變入射到待測反射膜平面的偏振方向，不僅可得到s偏振方向和p偏振方向的共振曲線，還可以得到s偏振和p偏振同時共存的偏振曲線，當半波片HWP調節到s偏振和p偏振之間時，得到待測反射膜平面內的共振曲線。

有益效果

本發明裝置解決了介質內薄膜厚度和折射率的測量問題，且大幅度提高測量精度。該裝置操作簡單，穩定，具有很強的實用價值。

附圖說明

圖1為背景技術中的橢圓偏振儀；其中，A為激光源，b為起偏片，c為相位補償儀1，d為待測膜，e為相位補償儀2，f為檢偏片，g為探測器；

圖2為本發明的用于光密介質內相對相位差測量的裝置結構示意圖；

圖3為具體實施方式中用于光密介質內相對相位差測量的裝置實例；

圖4為具體實施方式中薄膜反射和透射示意圖；

圖5為具體實施方式中薄膜介質的多光束反射和透射示意圖。

標號說明：1：半導體二極管，2：半導體激光管熱沉，3：非球面準直透鏡AL，4：非球面準直透鏡調整架，5：光柵固定架，6：衍射光柵GT，7：可拆卸光隔離器中的第一PBS，8：磁極B，9：可拆卸光隔離器中的第二PBS，10：PD探測器調整架，11：PD探測器，12：探測器固定架，13：半波片，14：半波片固定架，15：F-P腔壓電陶瓷，16：底板，17：調節架定板，18：F-P腔熱沉，19：F-P腔，20：調節架動板，21：調節架壓電陶瓷，22：微調螺釘，23：光隔離器固定架。

具體實施方式

為進一步說明本發明的優點和目的，下面結合實例對本發明內容做進一步說明。

本發明的用于光密介質內相對相位差測量的裝置如圖2所示。圖3給出了這種用于光密介質內相對相位差測量的裝置實施例。