[发明专利]一种用于介质内测量薄膜厚度和折射率的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于介质内测量薄膜厚度和折射率的装置，属于光学测量技术领域。

背景技术

光经过反射膜的反射，s分量和p分量的相位发生改变。通常s和p分量之间的相对相位差可以用椭圆偏振仪来测量，如图1所示，LD发射的光经起偏器后，入射到样品上，其反射经检偏器后，被探测器PD检测。以此进一步可测量薄膜厚度和折射率，但是这类椭圆偏振仪测量的条件都限制从空气入射到介质的测量，且传统的椭圆偏振仪测量精度有限。而对于从介质入射到空气方式下的薄膜厚度和折射率的测量，目前尚未有相关的报道。

发明内容

本发明的目的是为解决从介质入射到空气的薄膜厚度和折射率的测量问题，提出一种用于介质内测量薄膜厚度和折射率的装置，利用F-P腔的共振曲线来测量介质内s和p之间的相对相位差,进而准确测量薄膜厚度和折射率。

一种用于介质内测量薄膜厚度和折射率的装置，包括半导体二极管、非球面准直透镜、衍射光栅、半波片、可拆解的隔离器、PD探测器、F-P腔、F-P腔压电陶瓷和F-P腔热沉。

所述F-P腔包括第一高反射膜、第二高反射膜和被测反射膜。第一高反射膜和第二高反射膜，均为平面结构，成一定角度放置，构成F-P腔的两端反射面，反射率能达到99.9％。所成角度能保证光束分别垂直入射第一高反射膜和第二高反射膜。待测反射膜作为平面环形F-P腔的入射面和输出耦合面。

F-P腔压电陶瓷粘在F-P腔的第一高反射膜上，用于F-P腔的快速频率调谐。

所述可拆解的隔离器包括第一偏振分束器（PBS）、第二PBS和磁极。第一PBS、第二PBS通过磁极连接。第一PBS和第二PBS能分别顺时针或者逆时针旋转。

所述半波片能沿顺时针或者逆时针旋转。

非球面准直透镜位于半导体二极管与衍射光栅之间，与半导体二极管同轴，位于衍射光栅的左侧位置，成衍射光的入射角；可拆解的隔离器位于衍射光栅的右侧位置，成第一衍射角；PD探测器位于第一PBS的正下方；半波片位于可拆解的隔离器ISO与被测反射膜中间，与可拆解的隔离器ISO共轴。

自半导体二极管发出的光线经非球面准直透镜准直后，以一定的角度入射到衍射光栅，再经衍射光栅衍射，其一级衍射被原路反射回，零级衍射经可拆卸的光隔离器后，再经过半波片，入射到F-P腔形成光反馈，其反馈光依次通过第二PBS、第一PBS后，被PD探测器检测，通过示波器显示出来，实现对反馈光强度和光谱特性的检测。通过改变半波片HWP改变入射到待测反射膜平面的偏振方向，不仅可得到s偏振方向和p偏振方向的共振曲线，还可以得到s偏振和p偏振同时共存的偏振曲线，当半波片HWP调节到s偏振和p偏振之间时，得到待测反射膜平面内的共振曲线。

有益效果

本发明装置解决了介质内薄膜厚度和折射率的测量问题，且大幅度提高测量精度。该装置操作简单，稳定，具有很强的实用价值。

附图说明

图1为背景技术中的椭圆偏振仪；其中，A为激光源，b为起偏片，c为相位补偿仪1，d为待测膜，e为相位补偿仪2，f为检偏片，g为探测器；

图2为本发明的用于光密介质内相对相位差测量的装置结构示意图；

图3为具体实施方式中用于光密介质内相对相位差测量的装置实例；

图4为具体实施方式中薄膜反射和透射示意图；

图5为具体实施方式中薄膜介质的多光束反射和透射示意图。

标号说明：1：半导体二极管，2：半导体激光管热沉，3：非球面准直透镜AL，4：非球面准直透镜调整架，5：光栅固定架，6：衍射光栅GT，7：可拆卸光隔离器中的第一PBS，8：磁极B，9：可拆卸光隔离器中的第二PBS，10：PD探测器调整架，11：PD探测器，12：探测器固定架，13：半波片，14：半波片固定架，15：F-P腔压电陶瓷，16：底板，17：调节架定板，18：F-P腔热沉，19：F-P腔，20：调节架动板，21：调节架压电陶瓷，22：微调螺钉，23：光隔离器固定架。

具体实施方式

为进一步说明本发明的优点和目的，下面结合实例对本发明内容做进一步说明。

本发明的用于光密介质内相对相位差测量的装置如图2所示。图3给出了这种用于光密介质内相对相位差测量的装置实施例。