DE85978T1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der dicke und des refractionsindexes transparenter materialien. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum messen der dicke und des refractionsindexes transparenter materialien.

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DE85978T1
DE85978T1 DE198383101142T DE83101142T DE85978T1 DE 85978 T1 DE85978 T1 DE 85978T1 DE 198383101142 T DE198383101142 T DE 198383101142T DE 83101142 T DE83101142 T DE 83101142T DE 85978 T1 DE85978 T1 DE 85978T1
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different
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radiation
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Gianni Asti Coppa
Giorgio Torino Grego
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Telecom Italia SpA
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CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • 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
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/04—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation

Claims (13)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Messen der Dicke und des Brechungsindex transparenter Materialien, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :
man erzeugt zwei Lichtstrahlungen von geringfügig unterschiedlicher Frequenz;
man erzeugt ein erstes elektrisches Signal mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Strahlungen, das die Schwebung zwischen diesen Strahlungen darstellt, nachdem sie einem Weg außerhalb des Materials gefolgt sind;
man trennt die beiden Strahlungen zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten monochromatischen Strahlenbündels;
man erzeugt ein zweites und ein drittes elektrisches Signal einer Frequenz gleich der Differenz zwischen den beiden genannten Frequenzen, wobei das zweite und das dritte Signal die Schwebungen zwischen den Strahlungen des ersten monochromatischen Strahlenbündels, nachdem es auf einem Weg außer-
— Δ —
halb des Materials geleitet worden ist, und des zweiten monochromatischen Strahlenbündels, nachdem es auf zwei verschiedenen Wegen im Material geleitet worden ist, darstellt;
man mißt die auf den Differenzen des optischen Wegs beruhenden Phasendifferenzen zwischen dem zweiten bzw. dritten Schwebungssignal und dem ersten Schwebungssignal;
und man ermittelt die Werte für die Dicke und den Brechungsindex des Materials aus den Phasendifferenzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden Lichtstrahlungen durch den Zeeman-Effekt erhält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das getestete Material in aufeinanderfolgenden Schichten auf einem Träger aufbringt; daß man das zweite und das dritte Schwebungssignal dadurch erzeugt, daß man das erste monochromatische Strahlenbündel zuerst durch den Träger allein treten läßt und dann durch den Träger mit dem aufgebrachten Material nach der Aufbringung jeder Schicht treten läßt; daß man die Werte der Phasendifferenzen zwischen dem ersten und zweiten und zwischen dem ersten und dritten Schwebungssignal nach jeder Messung speichert; und daß man die Werte des Brechungsindex und der Dicke aus der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Messungen ermittelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten dotierte Siliciumschichten sind, die man für die Herstellung von Vorformen optischer Fasern an einem Trägerrohr aufgebracht hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Messungen der Dicke und des Brechungsindex entlang der gesamten Vorformachse und für jede axiale Stellung entlang dem gesamten Schichtumfang durchführt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn-
zeichnet, daß man die beiden unterschiedlichen Wege für das zweite Strahlenbündel durch Aufspalten dieses Strahlenbündels mit Hilfe eines optischen Systems in zwei Teilbündel, die man mit unterschiedlichem Einfallswinkel auf das Material richtet, erhält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden unterschiedlichen Wege für das zweite Strahlenbündel aufeinanderfolgend unter Drehung des Trägers erhält und daß man wenigstens eines der jeweilig resultierenden elektrischen Signale für die Auswertung speichert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Messen von Dickenwerten, die Phasenunterschiede über 2/ff im Vergleich zum ersten Schwebungssignal zur Folge haben, dadurch einen Bezugswert bestimmt, daß man das zweite Strahlenbündel das Material mit einem ersten Einfallswinkel durchsetzen läßt, und man das zweite und das dritte Schwebungssignal dadurch erzeugt, daß man das zweite Strahlenbündel das Material mit zwei verschiedenen Einfallswinkeln so durchsetzen läßt, daß die Phasendifferenz, die sie im Vergleich zum Bezugswert ergeben, niedriger ist als 2ΤΓ .
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch:
- eine Quelle (3) eines Lichtbündels (4), das zwei Strahlungen von geringfügig unterschiedlicher Frequenz (Fl, F2) enthält;
- eine erste Fotodiode (6), die ein erstes elektrisches Signal einer Frequenz erzeugt, die gleich der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Strahlungen ist;
- einen Strahlspalter (5) zur Abtrennung eines Bruchteils des von der Quelle emittierten Lichtbündels (4) und zum Senden dieses Bruchteils zur ersten Fotodiode (6) entlang einem Weg, der das Material (1,2a; 101) nicht durchsetzt;
- Einrichtungen (8,9), die den restlichen Lichtbündel-Bruchteil
in die beiden monochromatischen Strahlungen teilen;
- Einrichtungen (14,15), die ein zweites und ein drittes elektrisches Signal jeweils mit einer Frequenz gleich der Differenz der Frequenzen der beiden Strahlungen erzeugen;
- ein optisches System (10,11,12,13,16,17), das den das zweite und das dritte elektrische Signal erzeugenden Einrichtungen eine der beiden Strahlungen entlang einem Weg, der das Material nicht durchsetzt, und die andere entlang zwei unterschiedlichen Wegen durch das Material zuführt;
- ein Phasenvergleichsystem (20,21), das die elektrischen Signale empfängt und Signale erzeugt, welche die Phasendifferenzen zwischen dem ersten und dem zweiten bzw. zwischen dem ersten und dem dritten Signal angeben;
- ein Rechensystem (24), das aus den Wertepaaren der Phasendifferenz die Werte der Dicke und des Brechungsindex ermittelt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle ein Zeeman-Effekt-Laser ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System Einrichtungen (16,17) zum Teilen der zweiten Strahlung in zwei getrennte Bündel umfaßt, welche den unterschiedlichen Wegen durch das Material folgen, und daß die Einrichtungen zum Erzeugen des zweiten und des dritten elektrischen Signals eine zweite und eine dritte Fotodiode (14,15) umfassen, die jeweils die auf einem der unterschiedlichen Wege gelaufene zweite Strahlung empfangen und einem jeweiligen Phasenkomparator (20,21) zugeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (101) an einem Träger montiert ist, der zur Aufnahme der zweiten Strahlung mit zwei unterschiedlichen Einfallswinkeln drehbar ist, und daß die Einrichtungen zum Erzeugen des zweiten und des dritten elektrischen Signals eine einzige Fotodiode (15) umfassen, die die zweite Strahlung
entlang den beiden unterschiedlichen Wegen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten empfängt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Material (1,2a; 101) und der zweiten Strahlung zur Bewirkung von Messungen an verschiedenen Punkten der Oberfläche des Materials.
DE198383101142T 1982-02-10 1983-02-07 Verfahren und vorrichtung zum messen der dicke und des refractionsindexes transparenter materialien. Pending DE85978T1 (de)

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