[發明專利]一種非接觸式薄膜溫度?折射率測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201710282956.9
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106918576A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 蔡宇;陳林雄;黃家豪;董博;何昭水;謝勝利;周延周
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 尹君君,李海建

技術領域

本發明涉及光學干涉測量技術領域，更具體地說，涉及一種非接觸式薄膜溫度-折射率測量裝置及方法。

背景技術

聚合物薄膜目前被廣泛地應用于高新工業的多項領域，例如微機電系統中的隔熱絕緣材料和航空航天設備中的力學涂層等。在使用過程中，聚合物薄膜通常處于溫度變化的環境當中，而聚合物薄膜的力學和光學特性與自身溫度有關，為了保證薄膜材料在溫度變化環境下的力學和光學性能，需要進行相關的測量。溫度變化下聚合物薄膜的力學和光學特性通常指溫度-應變和溫度-折射率，而溫度-應變的測量又需要預知材料的溫度-折射率，因此溫度-折射率的測量就顯得格外重要。

目前常用的聚合物薄膜折射率的測量方法主要有測角法和反射法兩大類。其中測角法主要利用光線在進入被測薄膜過程中入射角和折射角之間的關系對薄膜折射率進行測量，這種方法主要有最小偏向角法、直角照準法、自準直法和V棱鏡折射儀法等，但是這種方法通常需要對被測材料進行加工，不適合在線測量。另外，反射方法主要利用光的干涉現象對光程進行測量，再結合其與薄膜厚度、折射率的關系，解調出被測樣件的折射率。反射方法主要有法布里-珀羅干涉儀法、浸液法和光學相干層析法等，反射方法能夠實現非接觸式的無損測量，不損壞被測薄膜，但測量精度較低，通常只能達到10^-4，且一些方法不能實現隨著溫度變化過程中薄膜自身結構的變化，進行測量，故無法用于研究材料的溫度-折射率特性。

綜上所述，如何有效地提高薄膜溫度導致的薄膜折射率變化量的測量精度，是目前本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的第一個目的在于提供一種非接觸式薄膜溫度-折射率測量方法，該非接觸式薄膜溫度-折射率測量方法的可以有效地提高薄膜溫度導致的薄膜折射率變化量，本發明的第二個目的是提供一種非接觸式薄膜溫度-折射率測量裝置。

為了達到上述第一個目的，本發明提供如下技術方案：

一種非接觸式薄膜溫度-折射率測量方法，包括：

將來自光源的光分成強度相等的兩束光；

所述強度相等的兩束光中的一束光依次穿過第一凸透鏡和第二凸透鏡后照射在所述被測薄膜上，所述強度相等的兩束光中的另一束光依次穿過第一凸透鏡和第二凸透鏡后照射在參考板上；

所述被測薄膜和所述參考板所處的溫度為T₁時，對從所述被測薄膜和參考板反射出的光進行光譜分析，計算得出被測薄膜的厚度d以及折射率n₁；

改變所述被測薄膜所處的溫度，所述被測薄膜所處的溫度由T₁變至T₂；

計算得出所述被測薄膜所處的溫度由T₁變至T₂后其折射率的變化量Δn₁。

優選地，上述非接觸式薄膜溫度-折射率測量方法中，計算得出被測薄膜的厚度d以及折射率n₁，具體為：

其中，n₀為空氣處于溫度T₁時的折射率，Λ₁為處于溫度T₁的所述參考板前表面的光學長度，Λ₂為處于溫度T₁的所述被測薄膜前表面的光學長度，Λ₃為處于溫度T₁的所述被測薄膜后表面的光學長度。

優選地，上述非接觸式薄膜溫度-折射率測量方法中，Λ₁＝π·f_k1,k1＝2π/λ₁,λ₁為從處于溫度T₁的所述參考板前表面反射出的光的光譜的波長；

Λ₂＝π·f_k2,k2＝2π/λ₂,λ₂為從處于溫度T₁的所述被測薄膜前表面反射出的光的光譜的波長；

Λ₃＝π·f_k3,k3＝2π/λ₃,λ₃為從處于溫度T₁的所述被測薄膜后表面反射出的光的光譜的波長。

優選地，上述非接觸式薄膜溫度-折射率測量方法中，計算得出所述被測薄膜所處的溫度由T₁變至T₂后其折射率的變化量Δn₁，具體為：