[發明專利]基于全反射共光程偏振干涉技術的折射率測量系統及測量

在審

• 申請號: 202210244422.8
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114660023A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 劉冉冉;鄭恩興;蔣益鋒;李麗;郭威;張炎;張丹
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 常州市權航專利代理有限公司 32280
• 代理人: 趙慧

本發明涉及一種基于全反射共光程偏振干涉技術的折射率測量方法，首先基于菲涅爾方程式獲得光線從待測物入射至一光疏介質后發生全反射現象時的垂直偏振與水平偏振的反射系數表達式，再結合光的折射定律，即Snell定律，將所述垂直偏振與水平偏振的反射系數等效為歐拉公式形式，獲得垂直偏振相位和水平偏振相位，并由此獲得垂直偏振相位和水平偏振相位的相位差δ的表達式，通過對相位差δ的表達式進行微分處理，并令微分后的計算式取值為零，最終獲得待測物折射率與相位差極大值之間的關系式，本申請為折射率的計算和測量提供了新的理論基礎和計算思路，非常適合用于量測具有曲率或非平坦表面的待測物的折射率。

技術領域

本申請涉及光學測量技術領域，具體涉及一種基于全反射共光程偏振干涉技術的折射率測量方法以及測量系統。

背景技術

在光電元件、精密加工、生物醫學等諸多領域，折射率參數的測量是一項不可或缺的項目，它能夠決定光電元件和精密加工成品的品質，甚至還可以應用于人體的健康狀況監測，隨著這些技術領域的發展，越來越需要更好的折射率測量技術。

例如，在智能手機行業，目前行業內公司將很大一部分的研發資金都投入到手機鏡頭中，例如3D感測技術、雙鏡頭技術和AI智能辨識技術等，手機鏡頭的核心元件是精密透鏡，現有技術中對精密透鏡的光學品質并不容易控制，必須透過折射率測量技術來確保透鏡符合高精密品質；然而，現有的折射率測量技術，必須事先獲得多個參數，如厚度、曲率半徑或焦距等，甚至需要混合匹配液體的輔助(液體浸沒法測折射率)或復雜的分光架構配置(如外差干涉儀、麥克森干涉儀、Mach-Zehnder干涉儀等)，從而給整個折射率測量過程帶來諸多不便。

有鑒于此，有必要提供一種新的折射率測量思路。

發明內容

為解決上述技術問題，本申請提供一種基于全反射共光程偏振干涉技術的折射率測量方法，該測量方法基于待測物與一光疏介質(如，空氣)之間的全反射現象進行，具體包括如下步驟：

步驟S1：基于菲涅爾方程式獲得光線從待測物入射至一光疏介質后發生全反射現象時的垂直偏振與水平偏振的反射系數表達式：

其中，參數n₁和n₂分別表示光密介質和光疏介質的折射率，θ_i和θ_t分別表示全反射光線的入射角和折射角；

步驟S2：結合光的折射定律，即Snell定律，將所述垂直偏振與水平偏振的反射系數等效為歐拉公式形式，獲得垂直偏振相位和水平偏振相位：

其中，參數a＝n₁cosθ_i、和參數δ_s和δ_p分別表示垂直偏振相位和水平偏振相位，相應表達式可為：

步驟S3：計算垂直偏振相位和水平偏振相位的相位差δ：

令n＝n₂/n₁，來表示光密介質與光疏介質的相對折射率，有：

步驟S4：以入射角θ_i為自變量，對步驟S3的垂直偏振相位和水平偏振相位的相位差δ的表達式進行微分處理，并令微分后的計算式取值為零，即有：

經整理后，可得：