一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统

1.本实用新型涉及光学器件的折射率和厚度的测量技术领域，具体是一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统。


背景技术：

2.随着现代工业和科学技术的发展，为了获得更加优秀的性能各种光学仪器和科学设施对其中的透明光学元件的厚度和构成其材料的折射率有了更加严格的要求。在现有的各种测量方法中，单、双频激光干涉仪等相对测量方法由于只能获得单目标的相对位移而无法完成测量，现有的低相干和扫频源光学相干断层扫描技术(ss-oct)的测量范围较小，各种接触式测量方法可能会对测量物的表面产生不良影响，因此，一种高精度、非接触并且能够同时获得绝对距离的测量方法变得非常重要。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，解决了上述技术问题，通过非接触式测量，不会对被测样品产生不良影响，提出的测量系统结构简单，易于制造，并且能同时测量多层样品的厚度与折射率，使用范围广。
4.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，包括激光发射器，通过分束器将激光分成两条光束，以不同入射角入射到多层膜样品上，再用两个电荷耦合器分别接收多层膜样品上下表面反射的激光束，最后通过处理设备处理数字图像，获得多层膜样品每层的厚度和折射率。
6.进一步地，所述两条光束中的一条光束通过第一反射镜反射到第一凸透镜进行激光束整形后再由第一反射镜入射到多层膜样品上。
7.进一步地，所述两条光束的另外一条光束直接经过第二凸透镜进行激光束整形，然后通过第二反射镜入射到多层膜样品上。
8.进一步地，所述第一反射镜的反射光束以30
°
入射角射到多层膜样品上。
9.进一步地，所述第二反射镜的反射光束以45
°
入射角射到多层膜样品上。
10.进一步地，所述两个电荷耦合器用于捕捉激光光斑信号并测量反射光线间距。
11.进一步地，所述第二凸透镜1-3和第一凸透镜1-6均用于激光束的整形。
12.本实用新型的有益效果：
13.本实用新型通过非接触式测量，不会对被测样品产生不良影响，提出的测量系统结构简单，易于制造，并且能同时测量多层样品的厚度与折射率，使用范围广。
附图说明
14.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
15.图1是本实用新型测量系统结构示意图；
16.图2是本实用新型多层膜的反射光路示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，如图1和图2所示，包括激光发射器1-1，激光发射器1-1发射出的激光束通过分束器1-2分成两条光路，一条光路是通过第一反射镜1-5反射到第一凸透镜1-6进行激光束整形后再由第一反射镜1-7以θa(30
°
)入射角入射到多层样品2上。另外一条光路直接经过第二凸透镜1-3进行激光束整形，然后通过第二反射镜1-4以θb(45
°
)角入射到多层膜样品2上。从多层膜样品2上表面和下表面反射的激光束聚焦在两个电荷耦合器3-1和3-2上，测量电荷耦合器3-1和3-2捕捉到的激光光斑信号的间距，通过处理设备软件用于执行所提出的数字图像处理技术，以同时获得多层样品每层的厚度和折射率。
19.图2为多层膜的反射光路示意图，如图2中2-1、2-2和2-3所示给出的多层膜样品是具有厚度t1折射率n1，厚度t2折射率n2，厚度t3折射率n3的三层透明介质膜，激光束进入透明薄膜时会产生折射和反射，因此反射到电荷耦合器3-1和3-2上的激光点为4个点。根据图2中的几何关系和斯涅尔定律，可以得到：
[0020][0021][0022]
其中：r代表电荷耦合器上光斑与光斑之间的距离，n代表多层膜样品的折射率，t代表多层膜样品的厚度。将式(1)与式(2)相除可以得到：
[0023]
[0024][0025][0026]
在(3)、(4)和(5)式中，距离d和θ角度是已知的，因此可以得到每一层的折射率，然后将各层的折射率代入(1)和(2)即可得到厚度。
[0027]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0028]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。


技术特征：
1.一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，其特征在于，包括激光发射器(1-1)，通过分束器(1-2)将激光分成两条光束，以不同入射角入射到多层膜样品(2)上，再用两个电荷耦合器3-1和3-2分别接收多层膜样品(2)上下表面反射的激光束，最后通过处理设备处理数字图像，获得多层膜样品(2)每层的厚度和折射率；所述两条光束中的一条光束通过第一反射镜(1-5)反射到第一凸透镜(1-6)进行激光束整形后再由第一反射镜(1-5)以θ
a
为30
°
的入射角入射到多层膜样品(2)上；所述两条光束的另外一条光束直接经过第二凸透镜(1-3)进行激光束整形，然后通过第二反射镜(1-4)以θ
b
为45
°
的入射角入射到多层膜样品(2)上；所述多层膜样品是具有厚度t1折射率n1，厚度t2折射率n2，厚度t3折射率n3的三层透明介质膜，激光束进入透明薄膜时会产生折射和反射，因此反射到电荷耦合器3-1和3-2上的激光点为4个点，根据几何关系和斯涅尔定律，可以得到：激光点为4个点，根据几何关系和斯涅尔定律，可以得到：其中：d代表电荷耦合器上光斑与光斑之间的距离，n代表多层膜样品的折射率，t代表多层膜样品的厚度。2.根据权利要求1所述的一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，其特征在于，所述两个电荷耦合器用于捕捉激光光斑信号并测量反射光线间距。3.根据权利要求1所述的一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，其特征在于，所述第二凸透镜(1-3)和第一凸透镜(1-6)均用于激光束的整形。

技术总结
本实用新型公开一种同时测量多层膜厚和折射率的测量系统，包括激光发射器，通过分束器将激光分成两条光束，以不同入射角入射到多层膜样品上，再用两个电荷耦合器分别接收多层膜样品上下表面反射的激光束，最后通过处理设备处理数字图像，获得多层膜样品每层的厚度和折射率；所述两条光束中的一条光束通过第一反射镜反射到第一凸透镜进行激光束整形后再由第一反射镜入射到多层膜样品上；所述两条光束的另外一条光束直接经过第二凸透镜进行激光束整形，然后通过第二反射镜入射到多层膜样品上。本实用新型通过非接触式测量，不会对被测样品产生不良影响，提出的测量系统结构简单，易于制造，并且能同时测量多层样品的厚度与折射率，使用范围广。使用范围广。使用范围广。


技术研发人员：徐董董 郑改革 王升耀
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/6/17