[發(fā)明專利]一種光學(xué)材料面折射率的測量方法

在審

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• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107870160A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段存麗;趙鵬程;張玉虹;劉王云;郭榮禮;胡小英;于佳;萬文博
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司61114
• 代理人: 黃秦芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光干涉檢測領(lǐng)域，涉及光干涉計量技術(shù)和計算機(jī)圖形處理技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用方法，特別是光學(xué)材料面折射率的測量方法。

背景技術(shù)

光學(xué)材料的面折射率測量是在光學(xué)材料的厚度均勻的情況下測量的，材料的面折射率分布能夠影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，是衡量光學(xué)器件加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。

光學(xué)材料面折射率測量技術(shù)主要包括相對測量和絕對測量,現(xiàn)在的光學(xué)材料面折射率測量方法包括以下幾種測試方法：（1）平行光管測試方法，采用一對平行光管裝置，用分辨率法和星點(diǎn)法確定玻璃的折射率。該方法是一種定性測量方法，不能給出定量結(jié)果。（2）斐索平面干涉法，該方法測量過程中，樣品需垂直地放在測試光路中同時測試結(jié)果包含待測光學(xué)平板前后表面波面誤差和干涉儀兩個標(biāo)準(zhǔn)鏡組成的空腔的波面誤差，是一種定量測量里的一般測量方法。（3）全息干涉法，利用全息差分干涉原理，將反射干涉條紋和透射干涉條紋記錄在一張全息圖上，從全息圖上再現(xiàn)波面，求得最終的光學(xué)折射率分布，是一種定量測量中的絕對測量方法。（4）透射測量法，一種測量平板光學(xué)均勻性的透射測量方法，該方法消除了平板前后表面、參考平晶反射面以及反射平晶反射面帶來的誤差，是一種絕對測量方法。

綜上所述，平行光管測量方法僅為定性的測量，無法得到定量的結(jié)果；斐索平面干涉法測量，最終得到的結(jié)果中，因包含樣品前后表面波面誤差和干涉儀標(biāo)準(zhǔn)鏡的波面誤差，因此測量結(jié)果不準(zhǔn)確；全息干涉方法為絕對測量方法，但全息圖制作麻煩，測量步驟較多，因而測量過程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是基于馬赫澤德爾干涉儀基礎(chǔ)上光學(xué)材料面折射率的自動化測量方法及裝置。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種光學(xué)材料面折射率的測量方法，包括下述步驟：

步驟1，光束通過擴(kuò)束、準(zhǔn)直、濾波后形成一束平面光波；

步驟2，一束平面光波經(jīng)馬赫澤德爾干涉裝置形成兩列相干光波，兩列相干光波形成楔形虛平板，干涉場為等厚干涉條紋，測試干涉場的分布；

步驟3，把待測光學(xué)材料放在其中一列相干光波中進(jìn)行測試，待測件的折射率的變化可轉(zhuǎn)化為光波的相位差，測試干涉場的變化分布情況；

步驟4，對干涉場的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成待測光學(xué)材料光場面的面折射率測量。

進(jìn)一步的，調(diào)節(jié)干涉視場內(nèi)等厚干涉條紋的數(shù)量為3-5個。

進(jìn)一步的，步驟3所述把待測件放在干涉儀的其中一臂中進(jìn)行測試，待測件的折射率的變化可轉(zhuǎn)化到光波的相位差，即為干涉場變化，測試干涉場的變化分布。當(dāng)待測件的折射率變化Δn引起光波的相位變化時，干涉場的相位差變化為：；

折射率的變化為：；

根據(jù)上式，建立折射率變化和干涉場條紋變化之間的三維數(shù)學(xué)模型。

進(jìn)一步的，步驟4中，通過步驟2得到背景干涉場和步驟3得到待測干涉場，對兩個干涉場分別進(jìn)行圖像處理，再根據(jù)建立的折射率變化和干涉場條紋變化之間的三維數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)還原處理，得到測量面內(nèi)各點(diǎn)的折射率分布數(shù)據(jù)。

一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的光學(xué)材料面折射率的測量方法的裝置，依次包括激光器、衰減器、擴(kuò)束鏡、針孔濾波裝置、準(zhǔn)直鏡和小孔光闌，經(jīng)小孔光闌后出射光經(jīng)第一分束鏡7后分為兩束，一束為平行光束，經(jīng)第一反射鏡后出射光進(jìn)入第二分束鏡8的入射端，另一束垂直光束經(jīng)第二反射鏡后轉(zhuǎn)為平行光束，平行光束進(jìn)入第二分束鏡的入射端，兩個平行光束相疊加，發(fā)生干涉，第二分束鏡的出射光經(jīng)鏡頭和相機(jī)接收。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明是一種絕對測量方法，在理論分析的基礎(chǔ)上，建立的折射率變化和干涉場條紋變化之間的數(shù)學(xué)模型，利用待測件插入前后的干涉圖樣的變化消除了干涉光路中的誤差，實現(xiàn)了光學(xué)材料的面折射率絕對測量，并使測量誤差降低，測量精度高。

（2）本發(fā)明針對光學(xué)材料的面折射率測量，測量的干涉圖樣進(jìn)行了數(shù)據(jù)編程處理，使操作過程僅需采集插入待測件前后的干涉圖樣，就可得到光場面各點(diǎn)折射率量化數(shù)值以及三維顯示。使測量過程簡單方便，實現(xiàn)了快速，實時的、數(shù)字化測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測量光學(xué)材料面折射率的系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實驗結(jié)果圖示意圖；其中，圖2（a）為未加待測件的干涉圖，圖2（b）為加入待測件的干涉圖樣；

圖3為本發(fā)明的方法流程圖。