專(zhuān)利名稱(chēng)：同時(shí)測(cè)量厚度與折射率的激光干涉測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到同時(shí)測(cè)量厚度與折射率的激光干涉測(cè)量?jī)x，特別適用兩表面都有反射或后向有散射的物體。
由于通過(guò)干涉儀測(cè)量物體的厚度獲得的是由光程差決定的光學(xué)厚度，所以很有必要尋找一種裝置精密測(cè)量物理厚度和折射率。美國(guó)麻省理工大學(xué)的Tearney G.J等人提供了基于光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的同時(shí)測(cè)量物體物理厚度和折射率的裝置，(參見(jiàn)在先技術(shù)[1]G.Tearney,M.Brezinski,J.Southern,B.Bouma,M.Hee,and J.Fujimoto,“Determination ofthe refractive index of highscattering human tissue by optica1 coherence tomography,”O(jiān)pt.Lett.20(21),1995,2258-2260.)如圖1所示。它包括超輻射激光二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)SLD)的光源1和干涉儀部分。光源1發(fā)出的光束耦合到單模光纖中，作為2×2路3dB耦合器2的第一路201，經(jīng)耦合器2后光束一路被等分成兩路，一路203從光纖出來(lái)被透鏡3準(zhǔn)直照射到參考反射鏡4上，另一路202從光纖出來(lái)經(jīng)第一透鏡5和第二透鏡6組成的共焦系統(tǒng)照射到置于樣品掃描架701上的被測(cè)物體7，兩路光分別從反射鏡4和樣品掃描架701上的被測(cè)物體7反射回來(lái)的光束分別由203路和202路進(jìn)入光纖在耦合器2中重新會(huì)合，發(fā)生干涉，并從耦合器2的第四路204輸出。干涉信號(hào)被接收元件8轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)元件9解調(diào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入計(jì)算機(jī)11進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測(cè)量過(guò)程是首先，使第二透鏡6聚焦在被測(cè)物體7的前表面，調(diào)節(jié)干涉儀兩臂光程差為零。再沿光軸向著第二透鏡6移動(dòng)被測(cè)物體7，使第二透鏡6聚焦在被測(cè)物體7的后表面，被測(cè)物體7位移為△z。移動(dòng)參考反射鏡4距離z，，使干涉儀兩臂重新等光程。如圖2所示，根據(jù)等光程原理有nt=z+△z，(1)n和t分別是被測(cè)物體7的折射率和物理厚度。入射光在被測(cè)物體7與空氣界面發(fā)生折射，由斯涅爾定律，可得方程sinθ=nsinφ，(2)θ和φ分別是被測(cè)物體7空氣界面的入射角和折射角?？紤]折射光線(xiàn)、法線(xiàn)和被測(cè)物體7界面組成的三角形中的幾何關(guān)系，有dtanφ=△ztanθ。(3)聯(lián)合式(2)和(3)可得，nsin[tan-1(nztgθz+Δz)]=sinθ,(4)]]>其中sinθ由第一和第二透鏡5、6的數(shù)值孔徑給出。這樣根據(jù)測(cè)得的位移量可從(4)式獲得被測(cè)物體7的折射率，再利用(1)式同時(shí)獲得被測(cè)物體7物理厚度。由于此裝置要求對(duì)被測(cè)物體7和參考臂進(jìn)行掃描，因而需要5到60秒較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，無(wú)法做到實(shí)時(shí)測(cè)量。且由于采用的是寬帶SLD作為光源1使被測(cè)物體7發(fā)生色散，影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。光源1的SLD工作在非激光狀態(tài)，其低功率輸出也限制了裝置的靈敏度，不利于弱反射被測(cè)物體的測(cè)量。
在先技術(shù)[2]中，中國(guó)科學(xué)院上海精密機(jī)械研究所王向朝等發(fā)明人在專(zhuān)利2L99239062.1中提供一種微小位移的半導(dǎo)體激光干涉測(cè)量?jī)x，如圖3所示。它包括置于外殼16內(nèi)的光源和干涉儀部分。作為原光源12的激光二極管(LD)由第一直流電源21驅(qū)動(dòng)，使得原光源12的光強(qiáng)不隨時(shí)間變化，原光源12的波長(zhǎng)由調(diào)制光源25正弦光熱調(diào)制。原光源12發(fā)出的光由第一透鏡5準(zhǔn)直，透過(guò)偏振分束器13和分束器14的透射光束t1照射到參考平板15上，透過(guò)參考平板15的透射光束t2照射到被測(cè)物體7上，參考平板15和被測(cè)物體7反射的光束產(chǎn)生的干涉信號(hào)由接收元件8轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器10送入計(jì)算機(jī)11處理。正弦信號(hào)發(fā)生器18的信號(hào)經(jīng)移相器19后進(jìn)入調(diào)制光源23的驅(qū)動(dòng)器22，控制器17產(chǎn)生采樣觸發(fā)脈沖與采樣信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器10。調(diào)制光源23發(fā)出的光由第二透鏡6準(zhǔn)直，經(jīng)偏振分束器13反射后，由第一透鏡5聚焦于原光源12上。原光源12與調(diào)制光源23發(fā)出的光的偏振方向相互垂直，偏振分束器13使原光源12的光透過(guò)而不反射到調(diào)制光源23上，同時(shí)使調(diào)制光源23的光入射到原光源12上，其中被原光源12反射的部分光束不會(huì)透過(guò)偏振分束器13。正弦信號(hào)發(fā)生器18通過(guò)移相器19向驅(qū)動(dòng)器22加入正弦信號(hào)使調(diào)制光源23的輸出光強(qiáng)正弦變化，此光強(qiáng)照射到原光源12上后，由于光熱效應(yīng)，原光源12的光強(qiáng)相應(yīng)正弦變化，使得干涉儀原光源12的波長(zhǎng)按正弦變化。接收元件8接收到的干涉信號(hào)的相位被正弦調(diào)制。由于原光源12的注入電流為直流，原光源12的輸出光強(qiáng)不隨時(shí)間變化，因此接收元件8接收到的干涉信號(hào)I(t)=I0+S0cos[zcos(ωct+θ)+α0+α(t)]，(5)其中，I0與S0分別為干涉信號(hào)直流分量與交流分量的振幅，z為干涉信號(hào)相位調(diào)制的振幅，α0=2πr0/λ0,α(t)=4πr(t)λ0,r0為被測(cè)物體15靜止時(shí)的光程差。r(t)為待測(cè)的微小位移。對(duì)式(5)進(jìn)行傅立葉變換求得α(t),r(t)=λ0α(t)/4π。(6)α(t)的測(cè)量精度達(dá)到0.01rad是較容易實(shí)現(xiàn)的。若采用常用的波長(zhǎng)為785nm的激光二極管(LD)，位移的分辨率為0.62nm。若α的測(cè)量精度提高到0.001rad，則分辨率提高到0.062nm。但是這種測(cè)量?jī)x測(cè)量的是被測(cè)物體的微小空間位移，并不能實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)物體的折射率和厚度。
本實(shí)用新型的目的為克服上述在先技術(shù)中的不足，提供一種無(wú)需掃描被測(cè)物體7和參考臂而同時(shí)測(cè)量被測(cè)物體折射率和物理厚度的測(cè)量?jī)x，測(cè)量?jī)x將具有高靈敏度，并將消除被測(cè)物體色散的影響。
本實(shí)用新型的測(cè)量?jī)x如圖4所示。它包括的具體結(jié)構(gòu)是由帶有直流電源2401和信號(hào)發(fā)生器2402的激光二極管2403構(gòu)成的線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)射的激光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡5準(zhǔn)直后，在激光束前進(jìn)的方向上，依次置有中心O1,O4都在線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)射光束光軸OO上的第一分束器25，第四分束器44直至置于樣品架34上的被測(cè)物體7；在穿過(guò)第一分束器25的中心O1垂直于線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)射光束光軸OO的第一垂直線(xiàn)O0O0上，置于第一分束器25的兩端分別有第一反射鏡25和第四探測(cè)器47，在第一分束器25與第一反射鏡29之間有中心O2置于第一垂直線(xiàn)O0O0上的第二分束器27，在第二分束器27與第一反射鏡29之間有中心O3置于第一垂直線(xiàn)O0O0上的第三分束器28；在穿過(guò)第二分束器27的中心O2與第一垂直線(xiàn)O0O0垂直，也就是與線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)射光束光軸OO平行的第一平行線(xiàn)O′O′上，在第二分束器的兩端分別置有第二反射鏡26和第一探測(cè)器37，第一探測(cè)器37的輸出通過(guò)第一相位提取器38和第一微分器39連接到數(shù)據(jù)處理器35的第一端口3501；在穿過(guò)第四分束器44的中心O4垂直于線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)射光束光軸OO的第二垂直線(xiàn)OO(jiān)上有中心O5在第二垂直線(xiàn)OO(jiān)上的第五分束器40，有接收面對(duì)著第五分束器40的反射面的第二探測(cè)器41。第二探測(cè)器41的輸出通過(guò)第二相位提取器42和第二微分器43連接到數(shù)據(jù)處理器35的第二端口3502；在穿過(guò)第三分束器28的中心O3與線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)射光束光軸OO平行的第二平行線(xiàn)O″O″和上述的第二垂直線(xiàn)OO(jiān)的交點(diǎn)O6置有中心O6與交點(diǎn)O6重合的第六分束器30。在第二平行線(xiàn)O″O″上接收面對(duì)著第六分束器30反射面的有第三探測(cè)器31。第三探測(cè)器31的輸出通過(guò)第三相位提取器32和第三微分器33連接到數(shù)據(jù)處理器35的第三端口3503；上述的置于第一垂直線(xiàn)O0O0上的第四探測(cè)器47的輸出通過(guò)第四相位提取器46和第四微分器45連接到數(shù)據(jù)處理器35的第四端口3504。
本實(shí)用新型使用的線(xiàn)性調(diào)制半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)掃描干涉儀同時(shí)測(cè)量被測(cè)物體厚度和折射率，如上述的結(jié)構(gòu)和圖4所示。它包含光源部分、多光束干涉儀、信號(hào)檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理部分。光源部分包括線(xiàn)性調(diào)制光源24，線(xiàn)性調(diào)制光源24由直流電源2401，信號(hào)發(fā)生器2402、激光二極管2403(簡(jiǎn)稱(chēng)LD)組成。干涉儀部分包含準(zhǔn)直透鏡5、第一分束器25、第二分束器27，第三分束器28，第四分束器44，第五分束器40，第六分束器30，第一反射鏡29、第二反射鏡26和置于樣品架34上的被測(cè)物體7。信號(hào)檢測(cè)部分包含第一探測(cè)器37，第二探測(cè)器41，第三探測(cè)器31，第四探測(cè)器47，第一相位提取器38，第二相位提取器42，第三相位提取器32，第四相位提取器46，第一微分器39，第二微分器43，第三微分器33，第四微分器45。數(shù)據(jù)處理部分包含數(shù)據(jù)處理器35和顯示面板36。
上面所說(shuō)的線(xiàn)性調(diào)制光源24中的激光二極管2403是半導(dǎo)體激光器(簡(jiǎn)稱(chēng)LD)。信號(hào)發(fā)生器2402是能產(chǎn)生頻率從幾赫茲到幾百千赫茲三角波的器件。
所說(shuō)的第一分束器25、第二分束器27，第三分束器28，第四分束器44，第五分束器40，第六分束器30分別是將入射光束按一定的透過(guò)反射比例分成兩束光的分光元件。是分光棱鏡或一面鍍有析光模的平行平板等。
所說(shuō)的第一反射鏡29、第二反射鏡26是指鍍有高反射模的平行平板或角椎棱鏡。
所說(shuō)的樣品架34是擺放具有反射或后向散射特性被測(cè)物體7的三維可調(diào)節(jié)平臺(tái)。
所說(shuō)的第一探測(cè)器37，第二探測(cè)器41，第三探測(cè)器31，第四探測(cè)器47是光電二極管，或光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換器件。
所說(shuō)的第一相位提取器38，第二相位提取器42，第三相位提取器32，第四相位提取器46是鎖相放大器或是其它提取干涉信號(hào)隨時(shí)間變化相位的器件。
所說(shuō)的第一微分器39，第二微分器43，第三微分器33，第四微分器45是簡(jiǎn)單的微分電路元件或是其它能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間變化的電信號(hào)的微分功能的器件。
所說(shuō)的數(shù)據(jù)處理器35主要是由第一，第二，第三放大器3505、3506、3510，第一，第二，第三加減法混合運(yùn)算器3507、3508、3509和除法器3511構(gòu)成的含有四個(gè)端口3501、3502、3503、3504的數(shù)據(jù)處理器。是實(shí)現(xiàn)從四個(gè)探測(cè)器輸出的角頻率獲得不同干涉面光程差并計(jì)算被測(cè)物體7厚度和折射率的器件。
所說(shuō)的顯示面板36是普通液晶顯示器。
如上述圖4所示的結(jié)構(gòu)，作為線(xiàn)性調(diào)制光源24的激光二極管2403(LD)由直流電源2401加上直流偏置，波長(zhǎng)由信號(hào)發(fā)生器2402加上線(xiàn)性調(diào)制。由線(xiàn)性調(diào)制光源24發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡5準(zhǔn)直后，被第一分束器25分成兩束，一束光射向第二分束器27由第二分束器27再次分成兩束，由第二分束器27透射光束射向第三分束器28，透過(guò)第三分束器28的光束射向第一反射鏡29，由第二分束器27的反射光束射向第二反射鏡26。第一反射鏡29反射回來(lái)的光透過(guò)第三分束器28并被第二分束器27反射的光束與第二反射鏡26反射回來(lái)的光束透過(guò)第二分束器27的光束在第一探測(cè)器37發(fā)生干涉并被接收，被第一相位提取器38獲得其相位信息，再經(jīng)過(guò)第一微分器39獲得角頻率的時(shí)間函數(shù)，輸入到數(shù)據(jù)處理器35的第一端口3501。透過(guò)第一分束器25的光束照射到樣品架34上的被測(cè)物體7。從被測(cè)物體7前后表面反射的光束被第四、五分束器44、40反射，在第二探測(cè)器41發(fā)生干涉并被接收，第二相位提取器42獲得其相位信息，再經(jīng)過(guò)第二微分器43獲得角頻率的時(shí)間函數(shù)，輸入到數(shù)據(jù)處理器35的第二端口3502。第一反射鏡29反射回來(lái)的光束被第三分束器28反射和第六分束器30透射的光束與從被測(cè)物體7前后表面反射回來(lái)經(jīng)第四分束器44反射，第五分束器40透射和第六分束器30反射的光束發(fā)生干涉，被第三探測(cè)器31接收，由第三相位提取器32獲得其相位信息，再經(jīng)過(guò)第三微分器33獲得角頻率的時(shí)間函數(shù)，輸入到數(shù)據(jù)處理器35的第三端口3503。從第一發(fā)射鏡29反射回來(lái)的光束透過(guò)第三分束器28，第二分束器27和第一分束器25的光束與從第二反射鏡26反射回來(lái)的光束被第二分束器27反射并透過(guò)第一分束器25的光束及被測(cè)物體7前后表面的反射光透過(guò)第四分束器44被第一分束器25反射的光束發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由第四探測(cè)器47接收，由第四相位提取器46獲得其相位信息，再經(jīng)過(guò)第四微分器45獲得角頻率的時(shí)間函數(shù)，輸入到數(shù)據(jù)處理器35的第四端口3504。
由于線(xiàn)性調(diào)制光源24被線(xiàn)性調(diào)制，輸出波長(zhǎng)隨時(shí)間t改變△λ=αt，(7)式中，α為線(xiàn)性調(diào)制比例常數(shù)。若參與干涉的兩束光的光程差為△L，則時(shí)間延遲為△t=2△L/c，(8)其中c為光速。參加干涉的兩束光形成光學(xué)拍頻，干涉信號(hào)以拍頻f=2△ffm△L/c (9)f為周期變化。式中△f為激光二極管(LD)被注入電流線(xiàn)性調(diào)制產(chǎn)生的頻移，fm為調(diào)制頻率。多光束干涉產(chǎn)生具有一系列拍頻的干涉信號(hào)g(t)=a(t)+∑bmn(t)cos[2πfmnt+φmn]，(10)其中，m,n=1,2,3,4，分別代表第一反射鏡29、第二反射鏡26以及樣品架34上的被測(cè)物體7的前后表面，且m≠n。a(t)是幾束光的總強(qiáng)度，bmn(t)是兩束光m和n之間干涉條紋的幅度值。同時(shí)有φ=φmn+2πfmnt,(11)φmn=2πLmnλ,(12)]]>fmn=α0Lmnλ2,(13)]]>ωmn=dφdt,(14)]]>式中Lmn是參與干涉的兩光束的光程差。對(duì)干涉信號(hào)的相位進(jìn)行微分運(yùn)算，獲得拍頻。假定第一反射鏡29，第二反射鏡26間的光程差L12已知，其相應(yīng)的角頻率ω12由第一微分器39輸出，則Lmn=ωmnω12L12,(15)]]>令下標(biāo)r1、r2分別代表第一反射鏡29、第二反射鏡26，sf、sr分別代表被測(cè)物體7的前后表面。第二探測(cè)器41探測(cè)到并從第二微分器43輸出ωsfsr，第三微分器33輸出ωsfsr,ωr1sf,ωr1sr，第四微分器45輸出ωsfsr,ωr2sf,ωr2sr,ωr1sr,ωr1sf,ω12。第三微分器33的輸出減去第二微分器43的輸出，剩下ωr2sf，ωr2sr，二者有如下關(guān)系ωr1sf+ωsfsr=ωr1sr,(16)所以ωr1sf為第三微分器33的輸出減去2倍第二微分器43的輸出的一半。第四微分器45的輸出減去第三和第一微分器33和39的輸出剩下ωsfsr,ωr2sf,ωr2sr，三者有如下關(guān)系ωr2sf-ωsfsr=ωr2sr,(17)所以ωr2sr為第四微分器45的輸出減去第三和第一微分器33和39的輸出后再減去2倍第二微分器43的輸出的差的一半。再通過(guò)(13)式可得ωsfsr,ωr1sf,ωr2sr相應(yīng)的光程差Lr1r2,Lr1sf,Lr2sr。因?yàn)榈谝环瓷溏R29和第二反射鏡26，第一反射鏡29和被測(cè)物體7前表面，以及被測(cè)物體7后表面與第二反射鏡26之間的介質(zhì)為空氣，所以光程差就直接等于其物理厚度的二倍，所以被測(cè)物體7物理厚度d=(Lr1r2-Lr1sf-Lr2sr)/2。它的光學(xué)厚度Ls1s2為折射率n和物理厚度d的乘積，則折射率為n=Ls1s2/d。(18)從而同時(shí)測(cè)得被測(cè)物體7的物理厚度和折射率。測(cè)量結(jié)果顯示在顯示面板36上。圖5為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)處理器35的結(jié)構(gòu)示意圖。因?yàn)楦鞴獬滩畹淖R(shí)別和計(jì)算均通過(guò)加減法器和放大器實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了不掃描干涉儀而實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)物體7物理厚度和折射率。且由于窄帶光源的LD的使用而消除了被測(cè)物體7色散的影響。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)有1．無(wú)須掃描干涉臂。本實(shí)用新型由于上述結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性調(diào)制光源的使用，無(wú)須掃描干涉臂。在先技術(shù)[1]中，利用光程匹配原理和折射率突變界面斯涅爾定律得到被測(cè)物體7物理厚度和折射率與參考臂、被測(cè)物體7臂位移的關(guān)系，并利用共焦系統(tǒng)的數(shù)值孔徑求出被測(cè)物體7物理厚度和折射率，需要分別掃描參考臂和被測(cè)物體7臂，因而測(cè)量時(shí)間從幾秒到幾十秒，且影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而本實(shí)用新型就無(wú)須任何掃描。
2．可以實(shí)時(shí)測(cè)量。在先技術(shù)[1]需要分別掃描參考臂和被測(cè)物體7臂，因而測(cè)量時(shí)間從幾秒到幾十秒，不能做實(shí)時(shí)地測(cè)量。而本實(shí)用新型無(wú)須任何掃描，本實(shí)用新型對(duì)于拍頻及相應(yīng)光程差的獲得和識(shí)別是通過(guò)在光路中各分束器，探測(cè)器，相位提取器，微分器以及數(shù)據(jù)處理器處理干涉信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)和實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)物體7物理厚度和折射率3．避免了被測(cè)物體7色散影響。在先技術(shù)[1]采用半功率帶寬為20納米左右的寬帶光源SLD，以達(dá)到微米級(jí)的空間分辨率，但寬帶光源引起被測(cè)物體7色散，從而光源帶寬內(nèi)各波長(zhǎng)被測(cè)物體7折射率不同，影響測(cè)量結(jié)果。本實(shí)用新型使用線(xiàn)性調(diào)制光源24，其中LD經(jīng)線(xiàn)性調(diào)制，波長(zhǎng)調(diào)制范圍僅為零點(diǎn)零幾納米，折射率改變的數(shù)量級(jí)為10-7，不會(huì)對(duì)折射率測(cè)量結(jié)果有影響，從而使測(cè)量精度高。
4．具有高的靈敏度。在先技術(shù)[1]采用SLD作光源，輸出功率從幾百微瓦到幾毫瓦。本實(shí)用新型使用LD做光源，比SLD有更大的入射功率，達(dá)到幾十毫瓦，有利于干涉信號(hào)的檢測(cè)。因此測(cè)量靈敏度提高了，從而適用范圍擴(kuò)展到反射或后向散射較弱的被測(cè)物體7的測(cè)量。


圖1為在先技術(shù)[1]基于超輻射二極管激光器作光源1，用光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量厚度和折射率裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為在先技術(shù)[1]為實(shí)現(xiàn)厚度和折射率同時(shí)測(cè)量進(jìn)行被測(cè)物體7掃描而引起焦點(diǎn)位置變化的示意圖。
圖3為在先技術(shù)[2]為實(shí)現(xiàn)微小位移的半導(dǎo)體激光干涉測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的使用線(xiàn)性調(diào)制光源24實(shí)現(xiàn)厚度和折射率同時(shí)和實(shí)時(shí)測(cè)量的激光干涉測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)處理器35的結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例如圖4所示的結(jié)構(gòu)。被測(cè)物體7為玻璃板。其中線(xiàn)性調(diào)制光源24采用中心波長(zhǎng)785nm的激光二極管2403(LD)，直流電源2401輸出的直流偏置72mA，信號(hào)發(fā)生器2402輸出的交流調(diào)制為頻率100Hz的三角波。探測(cè)器37,41,31,47為光電二極管。第一分束器25、第二分束器27，第三分束器28，第四分束器44、第五分束器40，第六分束器30是鍍有析光模的平行平板。設(shè)置第一反射鏡29至第二分束器27的中心點(diǎn)O2的光程與第二反射鏡26至第二分束器27的中心點(diǎn)O2的光程差為15.527毫米。相位提取器38,42,32,46是鎖相放大器。微分器39,43,33,45是簡(jiǎn)單微分電路元件。數(shù)據(jù)處理器35如上述圖5所示的結(jié)構(gòu)。經(jīng)三角波信號(hào)發(fā)生器2402和直流電源2401控制線(xiàn)性調(diào)制光源24的輸出波長(zhǎng)線(xiàn)性變化，作為干涉儀光源，利用本實(shí)用新型的測(cè)量?jī)x測(cè)得被測(cè)物體7玻璃的物理厚度為3.003毫米，光學(xué)厚度為4.394毫米，得出折射率為1.4619。
本實(shí)用新型的被測(cè)物體7為兩表面都有反射或后向散射的透明物體。
權(quán)利要求1．一種同時(shí)測(cè)量厚度與折射率的激光干涉測(cè)量?jī)x，包括光源，準(zhǔn)直透鏡(5)，分束器，反射鏡，探測(cè)器，數(shù)據(jù)處理器(35)的輸出連接有顯示面板(36)，其特征在于具體結(jié)構(gòu)是<1>由帶有直流電源(2401)和信號(hào)發(fā)生器(2402)的激光二極管(2403)構(gòu)成的線(xiàn)性調(diào)制光源(24)發(fā)射的激光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(5)準(zhǔn)直后，在激光束前進(jìn)的方向上，依次置有中心(O1,O4)都在線(xiàn)性調(diào)制光源(24)發(fā)射光束的光軸(OO)上的第一分束器(25)，第四分束器(44)直至置于樣品架(34)上的被測(cè)物體(7)；<2>在穿過(guò)第一分束器(25)的中心(O1)垂直于線(xiàn)性調(diào)制光源(24)發(fā)射光束光軸(OO)的第一垂直線(xiàn)(O0O0)上，置于第一分束器(25)的兩端分別有第一反射鏡(29)和第四探測(cè)器(47)，在第一分束器(25)與第一反射鏡(29)之間有中心(O2)置于第一垂直線(xiàn)(O0O0)上的第二分束器(27)，在第二分束器(27)與第一反射鏡(29)之間有中心(O3)置于第一垂直線(xiàn)(O0O0)上的第三分束器(28)；<3>在穿過(guò)第二分束器(27)的中心(O2)與線(xiàn)性調(diào)制光源(24)發(fā)射光束光軸(OO)平行的第一平行線(xiàn)(O′O′)上，在第二分束器(27)的兩端分別置有第二反射鏡(26)和第一探測(cè)器(37)，第一探測(cè)器(37)的輸出通過(guò)第一相位提取器(38)和第一微分器(39)連接到數(shù)據(jù)處理器(35)的第一端口(3501)；<4>在穿過(guò)第四分束器(44)的中心(O4)垂直于線(xiàn)性調(diào)制光源(24)發(fā)射光束光軸(OO)的第二垂直線(xiàn)(OO(jiān))上有中心(O5)在第二垂直線(xiàn)(OO(jiān))上的第五分束器(40)，有接收面對(duì)著第五分束器(40)反射面的第二探測(cè)器(41)，第二探測(cè)器(41)的輸出通過(guò)第二相位提取器(42)和第二微分器(43)連接到數(shù)據(jù)處理器(35)的第二端口(3502)；<5>有第六分束器(30)的中心(O6)恰好與穿過(guò)第三分束器(28)的中心(O3)與線(xiàn)性調(diào)制光源(24)發(fā)射光束光軸(OO)平行的第二平行線(xiàn)(O″O″)和上述第二垂直線(xiàn)(OO(jiān))的交點(diǎn)(O6)重合，在第二平行線(xiàn)(O″O″)上接收面對(duì)著第六分束器(30)反射面的有第三探測(cè)器(31)，第三探測(cè)器(31)的輸出通過(guò)第三相位提取器(32)和第三微分器(33)連接到數(shù)據(jù)處理器(35)的第三端口(3503)；<6>上述的置于第一垂直線(xiàn)(O0O0)上的第四探測(cè)器(47)的輸出通過(guò)第四相位提取器(46)和第四微分器(45)連接到數(shù)據(jù)處理器(35)的第四端口(3504)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)測(cè)量厚度與折射率的激光干涉測(cè)量?jī)x，其特征在于所說(shuō)的數(shù)據(jù)處理器(35)主要是由第一放大器(3505)，第二放大器(3506)，第三放大器(3510)，第一加減法混合運(yùn)算器(3507)，第二加減法混合運(yùn)算器(3508)，第三加減法混合運(yùn)算器(3509)以及除法器(3511)構(gòu)成的含有四個(gè)端口(3501,3502,3503,3504)的數(shù)據(jù)處理器。
專(zhuān)利摘要一種同時(shí)測(cè)量厚度與折射率的激光干涉測(cè)量?jī)x，包括線(xiàn)性調(diào)制光源，由準(zhǔn)直透鏡，六個(gè)分束器，兩塊反射鏡以及置于樣品架上的被測(cè)物體構(gòu)成多光束干涉儀。由四個(gè)探測(cè)器分別通過(guò)四個(gè)位相提取器和四個(gè)微分器連接到帶顯示面板的數(shù)據(jù)處理器上的四個(gè)端口構(gòu)成信號(hào)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理部分。具有無(wú)需掃描干涉臂，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量物體的厚度和折射率。測(cè)量精度和靈敏度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK2452005SQ0025951
公開(kāi)日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者宋桂菊, 王向朝, 方祖捷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所