CN109164064B - 一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法 - Google Patents
一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109164064B CN109164064B CN201811136812.3A CN201811136812A CN109164064B CN 109164064 B CN109164064 B CN 109164064B CN 201811136812 A CN201811136812 A CN 201811136812A CN 109164064 B CN109164064 B CN 109164064B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photoelectric tube
- refractive index
- chemical film
- layer chemical
- pulse laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N2021/4126—Index of thin films
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法,属于高功率激光技术领域,该装置包括脉冲激光器、第一光电管、取样镜、石英棱镜、单层化学膜和第二光电管,所述石英棱镜为等边三棱镜,所述单层化学膜涂覆在石英棱镜的一个面上,所述脉冲激光器发出的光束经取样镜后,一部分入射到第一光电管上,剩余部分从石英棱镜的一个侧面射入,从涂有单层化学膜的一面射出,出射光线入射到第二光电管上,本发明的装置结构简单紧凑、成本低,能够有效测定高功率激光***中单层化学膜折射率变化值,折射率变化值的检测精度达到0.0001。
Description
技术领域
本发明属于高功率激光技术领域,具体地说涉及一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法。
背景技术
高功率固体激光***较高通量的紫外光学元件的减反膜(或取样膜)一般采用单层化学膜。与介质膜相比,化学膜属于“疏松”膜,容易吸附气氛环境中的有机颗粒,导致化学膜折射率发生变化,进而对其减反效果产生影响。由于高功率固体激光装置对于减反效果和取样率的要求较为苛刻,因此需要通过精确测定气氛环境中化学膜的折射率的变化情况。
在现有的化学膜折射率检测方法中,尚没有能够精确测定折射率变化值至0.0001精度的装置及方法。
发明内容
针对现有技术的种种不足,为了解决上述问题,本发明提供一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置和方法,该装置结构简单紧凑、成本低,能够有效测定高功率激光***中单层化学膜折射率变化值,折射率变化值的检测精度达到0.0001。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置,包括脉冲激光器、第一光电管、取样镜、石英棱镜、单层化学膜和第二光电管,所述石英棱镜为等边三棱镜,所述单层化学膜涂覆在石英棱镜的一个面上,所述脉冲激光器发出的光束经取样镜后,一部分入射到第一光电管上,剩余部分从石英棱镜的一个侧面射入,从涂有单层化学膜的一面射出,出射光线入射到第二光电管上。
进一步,所述第一光电管和第二光电管均连接有示波器。
进一步,所述第一光电管、第二光电管和示波器的测量精度高于0.00002。
进一步,所述脉冲激光器的输出功率与第一光电管和第二光电管的测量范围匹配。
进一步,所述脉冲激光器输出激光偏振态为S光。
进一步,所述脉冲激光器的输出波长为1053nm。
本发明还提供了一种利用上述精确测定单层化学膜折射率变化值的装置的测定方法,包括以下步骤:
S1:启动脉冲激光器,测得第一光电管和第二光电管幅值的比值T1;
S2:将石英棱镜置于气氛环境后,再放入光路中,再次启动脉冲激光器,测得第一光电管和第二光电管幅值的比值T2,两次测量的差值即为透射率变化ΔT;
S3:根据光电磁学理论,对单层化学膜折射率变化的方法进行分析:
界面透射率:
根据激光入射石英棱镜的各物理量,θ1为激光入射角,θ2、θ3、θ4、θ5为折射角及石英棱镜顶角为60°可知:
n1sinθ1=n2sinθ2
n2sinθ3=n3sinθ4=n1sinθ5
θ3=60°-θ2,θ1=30°
n1=1
因此,
其中,n1为空气折射率,n2为熔石英折射率,n3为化学膜折射率,n2、θ2、θ3、θ4、θ5均为可测的量或可计算得到量;
S4:对S3中的公式求导,通过以下公式计算获得单层化学膜的折射率变化值:
本发明的有益效果是:
本发明的装置结构简单、紧凑,成本低,通过该装置能够有效的解决高功率激光***中单层化学膜折射率变化值的精确测定,折射率变化值的检测精度达到0.0001。
附图说明
图1为本发明的装置示意图;
图2为本发明的光学原理示意图;
图3为本发明的数据计算图(dT/dn3当n3不同时的对应关系)。
附图中:1-脉冲激光器、2-第一光电管、3-取样镜、4-石英棱镜、5-单层化学膜、6-第二光电管。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例,都应当属于本申请保护的范围。此外,以下实施例中提到的方向用词,例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向,因此,使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
如图1所示,一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置,包括脉冲激光器1、第一光电管2、取样镜3、石英棱镜4、单层化学膜5和第二光电管6,上述部件组成了可精确测定单层化学膜折射率变化值的装置。其中,所述石英棱镜4为等边三棱镜,其顶角为60°,所述单层化学膜5涂覆在石英棱镜4的一个面上,所述第一光电管2和第二光电管6均连接有示波器,所述第一光电管2、第二光电管6和示波器的测量精度高于0.00002,所述脉冲激光器1的输出功率与第一光电管2和第二光电管6的测量范围匹配。
所述脉冲激光器1发出的光束经取样镜3后,一部分入射到第一光电管2上,剩余部分从石英棱镜4的一个侧面射入,从涂有单层化学膜5的一面射出,出射光线入射到第二光电管6上。取样镜3和第一光电管2、第二光电管6组成一个石英棱镜4的透射率测量光路。
本实施例中,所述脉冲激光器1输出激光偏振态为S光,所述脉冲激光器1的输出波长为1053nm。
本实施例提供的精确测定单层化学膜折射率变化值的装置结构简单、紧凑,成本低,使用该装置能够有效的解决高功率激光***中单层化学膜折射率变化值的精确测定,折射率变化值的检测精度达到0.0001。
本实施例还提供了一种利用上述精确测定单层化学膜折射率变化值的装置的测定方法,包括以下步骤:
S1:启动脉冲激光器1,测得第一光电管2和第二光电管6幅值的比值T1;
S2:将石英棱镜4置于气氛环境后,再放入光路中,再次启动脉冲激光器1,测得第一光电管2和第二光电管6幅值的比值T2,两次测量的差值即为透射率变化ΔT。
S3:如图2所示,根据光电磁学理论,对单层化学膜折射率变化的方法进行分析:
界面透射率:
根据激光入射石英棱镜4的各物理量,θ1为激光入射角,θ2、θ3、θ4、θ5为折射角及石英棱镜顶角为60°可知:
n1sinθ1=n2sinθ2
n2sinθ3=n3sinθ4=n1sinθ5
θ3=60°-θ2,θ1=30°
n1=1(空气折射率为1)
因此,
其中,n1为空气折射率,n2为熔石英折射率,n3为化学膜折射率,n2、θ2、θ3、θ4、θ5均为可测的量或可计算得到量;
S4:对S3中的公式求导,通过以下公式计算获得单层化学膜5的折射率变化值:
本实施例中,脉冲激光器1波长为1053nm,因此n2(熔石英折射率)=1.45,n3(化学膜折射率)的变化范围一般在1.2-1.3之间,如图3所示,dT/dn3为单调函数,因此化学膜的变化值与透射率的变化值一一对应。
以上已将本发明做一详细说明,以上所述,仅为本发明之较佳实施例而已,当不能限定本发明实施范围,即凡依本申请范围所作均等变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (1)
1.一种精确测定单层化学膜折射率变化值的测定方法,其特征在于,包括一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置,所述装置包括脉冲激光器、第一光电管、取样镜、石英棱镜、单层化学膜和第二光电管,所述石英棱镜为等边三棱镜,所述单层化学膜涂覆在石英棱镜的一个面上,所述脉冲激光器发出的光束经取样镜后,一部分入射到第一光电管上,剩余部分从石英棱镜的一个侧面射入,从涂有单层化学膜的一面射出,出射光线入射到第二光电管上;第一光电管和第二光电管均连接有示波器;第一光电管、第二光电管和示波器的测量精度高于0.00002;所述脉冲激光器的输出功率与第一光电管和第二光电管的测量范围匹配;所述脉冲激光器的输出波长为1053nm;所述脉冲激光器输出激光偏振态为S光;
所述测定方法包括以下步骤:
S1:启动脉冲激光器,测得第一光电管和第二光电管幅值的比值T1;
S2:将石英棱镜置于气氛环境后,再放入光路中,再次启动脉冲激光器,测得第一光电管和第二光电管幅值的比值T2,两次测量的差值即为透射率变化ΔT;
S3:根据光电磁学理论,对单层化学膜折射率变化的方法进行分析:
界面透射率:
根据激光入射石英棱镜的各物理量,θ1为激光入射角,θ2、θ3、θ4、θ5为折射角及石英棱镜顶角为60°可知:
n1 sinθ1=n2 sinθ2
n2 sinθ3=n3 sinθ4=n1 sinθ5
θ3=60°-θ2,θ1=30°
n1=1
因此,
其中,n1为空气折射率,n2为熔石英折射率,n3为化学膜折射率,n2、θ2、θ3、θ4、θ5均为可测的量或可计算得到量;
S4:对S3中的公式求导,通过以下公式计算获得单层化学膜的折射率变化值:
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811136812.3A CN109164064B (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811136812.3A CN109164064B (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109164064A CN109164064A (zh) | 2019-01-08 |
CN109164064B true CN109164064B (zh) | 2023-08-25 |
Family
ID=64892824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811136812.3A Active CN109164064B (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109164064B (zh) |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02244106A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-28 | Hitachi Ltd | 薄膜光学定数の測定方法及びそれを用いて作製した光集積回路もしくは半導体素子 |
JPH0536111A (ja) * | 1991-03-19 | 1993-02-12 | Olympus Optical Co Ltd | 光学式情報読取り装置 |
EP0598341A1 (en) * | 1992-11-17 | 1994-05-25 | Hoechst Aktiengesellschaft | Optical sensor for detecting chemical species |
JPH0783824A (ja) * | 1993-09-10 | 1995-03-31 | Sony Corp | 減衰全反射による解析方法及びその装置 |
KR19990033430A (ko) * | 1997-10-24 | 1999-05-15 | 정선종 | 비정질 불소 수지 접착제를 이용한 편광 광 분할기와 그 제작방법 |
US6483584B1 (en) * | 2000-04-14 | 2002-11-19 | National Science Council | Device for measuring the complex refractive index and thin film thickness of a sample |
JP2004061141A (ja) * | 2002-07-25 | 2004-02-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜の厚さ測定方法 |
JP2004245637A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面電位測定装置 |
JP2005174529A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | Olympus Corp | 光学ヘッド |
CN102262091A (zh) * | 2011-04-12 | 2011-11-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 材料微区结构变化动力学过程的检测装置和检测方法 |
CN102890163A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-23 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于表面等离子体共振的光学加速度传感器 |
WO2014076926A1 (ja) * | 2012-11-15 | 2014-05-22 | コニカミノルタ株式会社 | 検出装置 |
WO2016194061A1 (ja) * | 2015-05-29 | 2016-12-08 | オリンパス株式会社 | 光学特性検出光学系、測定プローブおよび光学特性検出装置 |
CN106885787A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-23 | 华南师范大学 | 一种测量玻璃表面粗糙薄膜复折射率的方法和装置 |
CN107117828A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-01 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 折射率渐变宽带增透膜的制备方法 |
KR20170125216A (ko) * | 2016-05-04 | 2017-11-14 | 주식회사 앰트 | 고굴절 유무기 하이브리드 조성물 및 이의 제조방법 |
CN107941710A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-04-20 | 四川大学 | 基于量子弱测量的表面等离子体共振传感器及金属表面介质折射率测量方法 |
CN108007381A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 光学元件激光诱导损伤三维形貌在线测量装置和测量方法 |
-
2018
- 2018-09-28 CN CN201811136812.3A patent/CN109164064B/zh active Active
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02244106A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-28 | Hitachi Ltd | 薄膜光学定数の測定方法及びそれを用いて作製した光集積回路もしくは半導体素子 |
JPH0536111A (ja) * | 1991-03-19 | 1993-02-12 | Olympus Optical Co Ltd | 光学式情報読取り装置 |
EP0598341A1 (en) * | 1992-11-17 | 1994-05-25 | Hoechst Aktiengesellschaft | Optical sensor for detecting chemical species |
JPH0783824A (ja) * | 1993-09-10 | 1995-03-31 | Sony Corp | 減衰全反射による解析方法及びその装置 |
KR19990033430A (ko) * | 1997-10-24 | 1999-05-15 | 정선종 | 비정질 불소 수지 접착제를 이용한 편광 광 분할기와 그 제작방법 |
US6483584B1 (en) * | 2000-04-14 | 2002-11-19 | National Science Council | Device for measuring the complex refractive index and thin film thickness of a sample |
JP2004061141A (ja) * | 2002-07-25 | 2004-02-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜の厚さ測定方法 |
JP2004245637A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面電位測定装置 |
JP2005174529A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | Olympus Corp | 光学ヘッド |
CN102262091A (zh) * | 2011-04-12 | 2011-11-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 材料微区结构变化动力学过程的检测装置和检测方法 |
CN102890163A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-23 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于表面等离子体共振的光学加速度传感器 |
WO2014076926A1 (ja) * | 2012-11-15 | 2014-05-22 | コニカミノルタ株式会社 | 検出装置 |
WO2016194061A1 (ja) * | 2015-05-29 | 2016-12-08 | オリンパス株式会社 | 光学特性検出光学系、測定プローブおよび光学特性検出装置 |
KR20170125216A (ko) * | 2016-05-04 | 2017-11-14 | 주식회사 앰트 | 고굴절 유무기 하이브리드 조성물 및 이의 제조방법 |
CN106885787A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-23 | 华南师范大学 | 一种测量玻璃表面粗糙薄膜复折射率的方法和装置 |
CN107117828A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-01 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 折射率渐变宽带增透膜的制备方法 |
CN107941710A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-04-20 | 四川大学 | 基于量子弱测量的表面等离子体共振传感器及金属表面介质折射率测量方法 |
CN108007381A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-05-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 光学元件激光诱导损伤三维形貌在线测量装置和测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
提拉法SiO2 化学膜厚度与折射率的变化规律研究;张日东 等;《强激光与粒子束》;第26卷(第7期);第1-5页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109164064A (zh) | 2019-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhao et al. | Simultaneous measurement of seawater salinity and temperature with composite fiber-optic interferometer | |
CN105066889B (zh) | 一种便携式薄膜测厚仪及其膜厚测量方法 | |
CN103528797A (zh) | 一种用于光学***镜片透过率和反射率检测的新*** | |
CN105891152A (zh) | 一种大量程折射率测量的方法 | |
CN103185550B (zh) | 转动角度的测量方法 | |
CN106595501A (zh) | 测量光学薄膜厚度或均匀性的方法 | |
CN103983609A (zh) | 基于光谱干涉的透明材料折射率及厚度测量装置和测量方法 | |
CN107748404A (zh) | 一种低散射损耗的高反射薄膜 | |
CN109164064B (zh) | 一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置及方法 | |
CN103185665A (zh) | 双折射元件光轴的测量方法 | |
CN103196865A (zh) | 同时测量双折射元件厚度及折射率的测量方法 | |
CN103759853A (zh) | 一种半导体光纤温度传感器的探头装置 | |
CN103674892B (zh) | 一种基于全内反射偏振位相差测量来监控薄膜生长的方法 | |
CN103278475B (zh) | 透明介质折射率的测量装置及测量方法 | |
CN103697920A (zh) | 一种光纤传感头和基于该传感头的测量液体折射率的光纤传感***及方法 | |
CN208860740U (zh) | 一种精确测定单层化学膜折射率变化值的装置 | |
CN210136002U (zh) | 由液晶填充双通道自校准光纤表面等离子共振温度传感器 | |
KR101412212B1 (ko) | 광 도파관 | |
CN105675544B (zh) | 太阳能隔热膜反射率及透射率测试仪 | |
CN201527335U (zh) | 90°外角棱镜激光干涉测量仪 | |
CN202494637U (zh) | 一种测量液体折射率的双透镜装置 | |
CN104215187A (zh) | 测量ar减反膜厚度和折射率的装置 | |
CN117906923B (zh) | 一种基于环形腔***的光学粘接技术稳定性测量方法 | |
JP7309137B2 (ja) | 光ファイバープローブセンサーを用いた薄液膜厚さの計測方法、及び同センサーの較正方法 | |
CN108051405B (zh) | 光学胶折射率测量器件、测量***及测量方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |