[發(fā)明專利]單光譜求取多孔膜厚度和孔隙率的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810143998.9
• 申請(qǐng)日: 2018-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN108332674B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祁志美;萬秀美;高然;張萌穎;方東明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06;G01N15/08
• 代理公司: 11021 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 曹玲柱

1.一種單光譜求取多孔膜厚度和孔隙率的方法，包括：

獲得包括透明基底、緩沖膜和待測(cè)多孔膜依次設(shè)置的光波導(dǎo)共振芯片，其中，所述待測(cè)多孔膜作為導(dǎo)波層，能夠承載至少兩個(gè)橫電導(dǎo)模或至少兩個(gè)橫磁導(dǎo)模；

在給定測(cè)試條件下以入射角或入射光波長(zhǎng)為變量，獲取所述光波導(dǎo)共振芯片的單個(gè)實(shí)測(cè)共振光譜，使得該實(shí)測(cè)共振光譜包含至少兩個(gè)共振峰或至少兩個(gè)共振谷，選取k個(gè)共振峰或k個(gè)共振谷，其對(duì)應(yīng)的入射角或入射光波長(zhǎng)分別為k個(gè)不同級(jí)數(shù)導(dǎo)模的共振角或共振波長(zhǎng)，k≥2；

通過在所述給定測(cè)試條件下對(duì)所述k個(gè)共振峰或k個(gè)共振谷分別進(jìn)行仿真擬合，以求取分別滿足k個(gè)不同級(jí)數(shù)導(dǎo)模的共振條件下，表征所述待測(cè)多孔膜的孔隙率和厚度關(guān)系的k個(gè)函數(shù)；

求解同時(shí)滿足至少兩個(gè)所述函數(shù)的孔隙率和厚度，即為所述待測(cè)多孔膜的孔隙率和厚度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中：

以入射角為變量時(shí)，所述給定測(cè)試條件包括：入射光波長(zhǎng)給定、入射光偏振態(tài)給定、以及多孔膜一側(cè)的覆蓋層給定；

以入射光波長(zhǎng)為變量時(shí)，所述給定測(cè)試條件包括：入射角給定、入射光偏振態(tài)給定、以及多孔膜一側(cè)的覆蓋層給定。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對(duì)所述k個(gè)共振峰或k個(gè)共振谷中位于實(shí)測(cè)共振光譜的第K個(gè)共振峰或共振谷進(jìn)行仿真擬合的步驟包括：

設(shè)定M個(gè)所述待測(cè)多孔膜的孔隙率P_m，其中，m＝1，2，3，……，M，M≥2；

將孔隙率P_m與所述待測(cè)多孔膜的不同厚度設(shè)定值d_m’組合，在所述給定測(cè)試條件下利用該組合獲取所述光波導(dǎo)共振芯片的仿真共振光譜，將所述仿真共振光譜的第K個(gè)共振峰或共振谷與所述實(shí)測(cè)共振光譜中第K個(gè)共振峰或共振谷所對(duì)應(yīng)的共振角或共振波長(zhǎng)相等時(shí)的厚度設(shè)定值作為厚度最優(yōu)值d_m，該厚度最優(yōu)值d_m與孔隙率P_m組成數(shù)據(jù)點(diǎn)(P_m、d_m)；

由數(shù)據(jù)點(diǎn)(P₁、d₁)、(P₂、d₂)、……、(P_M、d_M)擬合得到孔隙率和厚度之間的函數(shù)，θ_R＝f(P、d)或λ_R＝g(P、d)，這里θ_R或λ_R代表實(shí)測(cè)共振光譜中第K個(gè)共振峰或共振谷對(duì)應(yīng)的共振角或共振波長(zhǎng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述仿真共振光譜通過以下步驟獲得：

根據(jù)孔隙率和折射率的關(guān)系，得到與設(shè)定的孔隙率P_m對(duì)應(yīng)的所述待測(cè)多孔膜的平均折射率n_m；

在所述給定測(cè)試條件下，將平均折射率n_m和厚度設(shè)定值d_m’的組合代入到Fresnel公式，得到該組合下所述光波導(dǎo)共振芯片的仿真共振光譜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述孔隙率與折射率的關(guān)系為Bruggeman有效介質(zhì)近似方程、Maxwell Garnett有效介質(zhì)近似公式或Lorentz-Lorenz有效介質(zhì)近似公式中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述Bruggeman有效介質(zhì)近似方程為：

其中，n_a、n_b分別代表待測(cè)多孔膜中的骨架材料、孔內(nèi)填充介質(zhì)的折射率，n代表待測(cè)多孔膜的平均折射率。