CN103018213B - 一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法及装置，其方法具体包括以下步骤：1)测量基板在入射角为0°时的透射率T_0°；2)根据1)中测得的透射率T_0°计算基板在入射角为α时的S光和P光透射率的理论值和；3)测量基板在入射角为α时的S光和P光透射率的测量值和；4)计算偏振特性因子p；5)用测试样品替换基板，分别测量测试样品在入射角为α时的S光和P光透射率的测量值和；6)计算测试样品S光和P光的透射率T_S和T_P。与现有技术相比，本发明在理论上消除偏振因素对测量结果的影响，提高了测量精度，而且测量中通过旋转测试样品的入射面来实现在S光和P光之间的切换，降低了对偏振器的精度要求，从而降低了测量成本。

Description

一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种透射率测量方法及装置，尤其是涉及一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法及装置。

背景技术

传统测量方法在测量在0-70°倾斜入射的宽光谱透射率时，需要依靠起偏器来切换P光(光矢量平行于入射面)和S光(光矢量垂直于入射面)，并要求起偏器为理想起偏器，这一要求是非常苛刻的。但是测试中所用起偏器都是部分起偏器，因此透射率的测量误差随着入射角的增加迅速增大。起偏器的消光比随波长而变化，且通常其工作波段较窄，无法满足宽光谱的透射率测量要求。采用多个高性能的工作在不同波段的起偏器的组合来测量宽光谱透射率的成本又非常高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法及装置，该测量方法及装置成本低、测量步骤简单而且测量精度高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量基板在入射角为0°时的透射率

2)根据1)中测得的透射率计算基板在入射角为α时的S光和P光透射率的理论值和

3)测量基板在入射角为α时的S光和P光透射率的测量值和

4)计算偏振特性因子p,计算公式为：

$p=\frac{T_{\mathrm{\α},S}^m-T_{\mathrm{\α},P}^m}{T_{\mathrm{\α},S}^c-T_{\mathrm{\α},P}^c}$

5)用测试样品替换基板，分别测量测试样品在入射角为α时的S光和P光透射率的测量值和

6)计算测试样品S光和P光的透射率T_S和T_P，计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_S=\frac{1}{2}[(T_S^m+T_P^m)+\frac{1}{p}(T_S^m-T_P^m)]\\ T_P=\frac{1}{2}[(T_S^m+T_P^m)-\frac{1}{p}(T_S^m-T_P^m)]\end{array}\right.$

所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)调整起偏器，使光线沿X轴方向偏振，通过探测器测量入射光的光强I_o；

12)在光路中设置并调整基板，使基板上的光线入射角为0°，测量经过基板的光强

13)计算基板透射率计算公式为：

14)根据基板透射率计算基板折射率n。

所述的步骤3)具体包括以下步骤：

31)调整基板，使光线的入射面垂直偏振方向，测量S光的光强并根据公式 $T_{\mathrm{\α},S}^m=I_{\mathrm{\α},S}^m/I_O$ 计算透射率

32)以光路方向为轴，旋转基板，使光线的入射面平行偏振方向，测量P光的光强并根据公式计算透射率

所述的步骤5)具体包括以下步骤：

51)调整测试样品，使光线的入射面垂直偏振方向，测量S光的光强并根据公式计算透射率

52)以光路方向为轴，旋转测试样品，使光线的入射面平行偏振方向，测量P光的光强并根据公式计算透射率

入射角α为0-70°。

一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量装置，其特征在于，该测量装置包括光源、起偏器、透射件和探测器，所述的光源、起偏器、透射件和探测器沿光路方向依次设置。

所述的透射件为基板或测试样品，基板为未镀膜的测试样品。

与现有技术相比，本发明在理论上消除各种偏振因素对透射率测量结果的影响，提高了测量的精度，而且操作步骤简单。在测量中通过旋转测试样品的入射面，而不是传统的旋转起偏器来实现在S光和P光之间的切换，降低了对偏振器的精度要求，从而降低了测量成本。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明测量S光透射率的结构示意图；

图3为本发明测量P光透射率的结构示意图；

图4为平板偏振分束镜采用传统方法测量45°透射率的测量结果图；

图5为平板偏振分束镜采用本发明的方法测量45°透射率的测量结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明的装置如图2、3所示，包括光源1、起偏器2、透射件3和探测器4。光源1、起偏器2、透射件3和探测器4沿一直线依次设置，光源1通过起偏器2产生偏振光，偏振光通过透射件3达到探测器4，探测器4测得光强，根据光强可计算出透射件3的透射率。

本发明的方法的具体步骤如图1所示，在进行步骤S2～S6时，使用的透射件3为基板，基板采用未镀膜的测试样品；在进行步骤S8和S9时，使用的透射件3为测试样品，在本实施例中，测试样品为中心工作波长在1064nm的平板偏振分束镜。

测试平板偏振分束镜在45°入射的宽光谱透射率测量方法，具体步骤为：

步骤S1，调整起偏器2，使光线沿X轴方向偏振，通过探测器3测量入射光的光强I_o；在光路中设置并调整基板，使基板上的光线入射角为0°，测量经过基板的光强根据公式计算基板透射率

步骤S2，根据得到的基板透射率计算在入射角为45°时的S和P光透射率的理论值和

步骤S3，调整基板，使光线的入射面垂直偏振方向，测量S光的光强并根据公式计算透射率

步骤S4，以光路方向为轴，旋转基板，使光线的入射面平行偏振方向，测得P光的透射率

步骤S5，根据公式 $p=\frac{T_{\mathrm{\α},S}^m-T_{\mathrm{\α},P}^m}{T_{\mathrm{\α},S}^c-T_{\mathrm{\α},P}^c}$ 计算偏振特性因 $p=\frac{75.87\%-98.29\%}{73.82\%-99.99\%}=0.8564.$

步骤S6，用平板偏振分束镜替换基板，并调整平板偏振分束镜，使光线的入射面垂直偏振方向，测量S光的透射率

步骤S7，以光路方向为轴，旋转平板偏振分束镜，使光线的入射面平行偏振方向，测量P光的透射率

步骤S8，根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{T}_S=\frac{1}{2}[(T_S^m+T_P^m)+\frac{1}{p}(T_S^m-T_P^m)]\\ T_P=\frac{1}{2}[(T_S^m+T_P^m)-\frac{1}{p}(T_S^m-T_P^m)]\end{array}\right.,$ 计算平板偏振分束镜S光和P光的最终结果：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_S=\frac{1}{2}[(6.55\%+83.90\%)+\frac{1}{0.8564}(6.55\%-83.90\%)]=0.07\%\\ T_P=\frac{1}{2}[(6.55\%+83.90\%)-\frac{1}{0.8564}(6.55\%-83.90\%)]=90.38\%\end{array}\right.$

图4和图5分别为采用传统方法和采用本发明所提供的方法的测量平板偏振分束镜在45°入射时透射率的结果图，本发明在理论上消除各种偏振因素对透射率测量结果的影响，提高了测量的精度，而且操作步骤简单。在测量中通过旋转测试样品的入射面，而不是传统的旋转起偏器来实现在S光和P光之间的切换，降低了对偏振器的精度要求，从而降低了测量成本。

Claims (3)

1.一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)测量基板在入射角为0°时的透射率T_0°，具体为：

11)调整起偏器，使光线沿X轴方向偏振，通过探测器测量入射光的光强I_o；

12)在光路中设置并调整基板，使基板上的光线入射角为0°，测量经过基板的光强I_0°；

13)计算基板透射率T_0°，计算公式为：

T_0°＝I_0°/I_O；

14)根据基板透射率T_0°计算基板折射率n；

2)根据1)中测得的透射率T_0°计算基板在入射角为α时的S光和P光透射率的理论值和

3)测量基板在入射角为α时的S光和P光透射率的测量值和具体为：

31)调整基板，使光线的入射面垂直偏振方向，测量S光的光强并根据公式计算透射率

32)以光路方向为轴，旋转基板，使光线的入射面平行偏振方向，测量P光的光强并根据公式计算透射率

4)计算偏振特性因子p,计算公式为：

5)用测试样品替换基板，分别测量测试样品在入射角为α时的S光和P光透射率的测量值和具体为：

51)调整测试样品，使光线的入射面垂直偏振方向，测量S光的光强并根据公式计算透射率

52)以光路方向为轴，旋转测试样品，使光线的入射面平行偏振方向，测量P光的光强并根据公式计算透射率

6)计算测试样品S光和P光的透射率T_S和T_P，计算公式为：

2.根据权利要求1所述的一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法，其特征在于，所述的基板为未镀膜的测试样品。

3.根据权利要求1所述的一种光学薄膜0-70°入射的宽光谱透射率测量方法，其特征在于，入射角α为0-70°。