同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的测试系统及方法与流程

本发明属于光学元件无损检测，尤其涉及一种同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的测试系统及方法。

背景技术：

1、光学元件的测试方法是光学元器件制备中最为重要的一个环节，它的评价和反馈机制保证了光学设计的实现，同时保证了产品的光学性能。在光学元件的光学参数的测试中，最为基本和关键的光学参数是材料的折射率和材料表面镀膜的反射率。

2、测量光学材料的折射率的常用方法有折射角法、光斑位移法、布拉格光栅法和临界角法等。其中，折射角法是最常用的方法之一，该方法通过一个折射计来测量光线穿过材料的折射角，并根据折射定律(snell's law，斯涅尔定律)计算出折射率。光斑位移法的原理是，根据折射定律将角度变化转化为光斑位移的变化，故该方法通常利用光电位置敏感器件测量光斑位移的变化量，从而计算出待测介质的折射率。布拉格光栅法是通过测量布拉格光栅的反射波长，来推算材料的折射率。临界角法是利用光线从高折射率介质入射低折射率介质时发生全内反射的最小入射角度来计算折射率。

3、光学镀膜镜面反射率是指光在镀膜镜面上反射时，能量相对于入射光的比例。光学薄膜反射率的测试方法有分光光度计法、光学干涉法和光腔衰减法等。其中，传统的分光光度计法为相对法测试，该方法以熔石英片作为参考样品，先测量参考样品的反射光强，再测试待测样品的反射光强；然后，以参考样品的反射率为基准，计算待测样品的反射率。光学干涉法利用干涉原理来测量镀膜的厚度和折射率；通过分析干涉图样，可以得到镀膜的反射率和相位变化。光腔衰减法的测量原理是，利用两片高反射腔镜组成光学谐振腔，令一束脉冲激光沿着光轴入射到腔内，忽略衍射及散射损耗，单脉冲激光在两个腔镜之间往返震荡，遵从单指数衰减规律，由于反射率是衰减时间的函数，故通过光功率随时间衰减的振荡曲线，可以得出待测样品的反射率。

4、可以看出，目前的折射率和反射率的测试方法，分属两项独立的测试内容，而且需要两个测试平台，根据不同的光学原理分开测试。因此，目前这两项测试内容的实际测试效率较低，人工成本较高。同时，目前的折射率和反射率的测试方法的测试精度较低，且自动化水平较低。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的检测系统及方法，以实现光学元件折射率和镀膜反射率的同时测量，提高测试的效率和精度，降低人工成本。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的测试系统，包括光学谐振腔、光纤、光谱仪和处理装置；

4、所述光学谐振腔，用于在插入待测光学元件后形成复合腔，发出目标宽谱光源；其中，所述光学谐振腔的轴线与所述待测光学元件的法线的夹角为预设角度；所述待测光学元件前后两平面互相平行且镀有相同的薄膜；

5、所述光纤，用于将所述目标宽谱光源传入所述光谱仪；

6、所述光谱仪，用于生成所述目标宽谱光源的目标光谱数据，并将所述目标光谱数据发送至所述处理装置；

7、所述处理装置，用于基于所述目标光谱数据，确定所述目标宽谱光源的谱线宽度(full width at half maxima，fwhm)和谱线频率间隔(free spectral range，fsr)；基于所述谱线频率间隔、所述预设角度和所述待测光学元件的厚度，确定所述待测光学元件的折射率；基于所述谱线宽度、所述折射率和所述厚度，确定所述待测光学元件的镀膜反射率；其中，所述谱线频率间隔为相邻两个峰值之间的频率差。

8、结合第一方面，在一些实施例中，所述处理装置具体用于：

9、根据光速与第一乘积的比值，确定所述待测光学元件的折射率；其中，所述第一乘积为所述谱线频率间隔、所述厚度和所述预设角度的余弦值三者乘积的二倍。

10、结合第一方面，在一些实施例中，所述处理装置具体用于：

11、根据

12、

13、确定所述待测光学元件的镀膜反射率；其中，δν为所述谱线宽度，μ为所述折射率，d为所述厚度，r为所述镀膜反射率，c为光速。

14、结合第一方面，在一些实施例中，所述处理装置具体用于：

15、对所述目标光谱数据进行归一化处理，得到待分析光谱数据；

16、基于所述待分析光谱数据，确定所述目标宽谱光源的谱线宽度和谱线频率间隔。

17、结合第一方面，在一些实施例中，所述光学谐振腔，还用于发出基准宽谱光源，所述基准宽谱光源为未插入所述待测光学元件的光学谐振腔发出的光源；

18、所述光纤，还用于将所述基准宽谱光源传入所述光谱仪；

19、所述光谱仪，还用于生成所述基准宽谱光源的基准光谱数据，并将所述基准光谱数据发送至所述处理装置；

20、所述处理装置，具体用于基于所述基准光谱数据，对所述目标光谱数据中对应的光谱点进行归一化处理，得到所述待分析光谱数据。

21、结合第一方面，在一些实施例中，所述光学谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜；其中，所述第二反射镜为所述光学谐振腔的输出镜；

22、所述第一反射镜的反射率大于或等于第一预设值；

23、所述第二反射镜的反射率大于或等于第二预设值，且小于或等于第三预设值；其中，所述第三预设值小于所述第一预设值。

24、结合第一方面，在一些实施例中，所述光纤包括光纤准直器。

25、第二方面，本发明实施例提供了一种同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的方法，包括：

26、采集目标宽谱光源的目标光谱数据；其中，所述目标宽谱光源为插入待测光学元件后的光学谐振腔发出的光源；所述光学谐振腔的轴线与所述待测光学元件的法线的夹角为预设角度；所述待测光学元件前后两平面互相平行且镀有相同的薄膜；

27、基于所述目标光谱数据，确定所述目标宽谱光源的谱线宽度和谱线频率间隔；其中，所述谱线频率间隔为相邻两个峰值之间的频率差；

28、基于所述谱线频率间隔、所述预设角度和所述待测光学元件的厚度，确定所述待测光学元件的折射率；

29、基于所述谱线宽度、所述折射率和所述厚度，确定所述待测光学元件的镀膜反射率。

30、第三方面，本发明实施例提供了一种同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的装置，包括：

31、采集模块，用于采集目标宽谱光源的目标光谱数据；其中，所述目标宽谱光源为内置待测光学元件的光学谐振腔发出的光源；所述光学谐振腔的轴线与所述待测光学元件的法线的夹角为预设角度；所述待测光学元件前后两平面互相平行且镀有相同的薄膜；

32、谱线分析模块，用于基于所述目标光谱数据，确定所述目标宽谱光源的谱线宽度和谱线频率间隔；其中，所述谱线频率间隔为相邻两个峰值之间的频率差；

33、折射率确定模块，用于基于所述谱线频率间隔、所述预设角度和所述待测光学元件的厚度，确定所述待测光学元件的折射率；

34、反射率确定模块，用于基于所述谱线宽度、所述折射率和所述厚度，确定所述待测光学元件的镀膜反射率。

35、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的方法。

36、第五方面，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第二方面中所述的同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的方法。

37、本发明实施例与相关技术相比存在的有益效果是：

38、本发明实施例提供一种同时检测光学元件折射率与镀膜反射率的测试系统，该测试系统包括光学谐振腔、光纤、光谱仪和处理装置，将待测光学元件插入至光学谐振腔后形成复合腔，复合腔发出目标宽谱光源，通过光谱仪得到目标光谱数据；处理装置可以基于目标光谱数据，确定目标宽谱光源的谱线宽度和谱线频率间隔，然后基于谱线频率间隔、预设角度和待测光学元件的厚度，确定待测光学元件的折射率，再基于谱线宽度、折射率和厚度，确定待测光学元件的镀膜反射率，从而实现了通过同一套光学体系，同时测出折射率和反射率这两项参数的效果，保证了两项参数测试结果的一致性，能够提高测试效率和精度，降低人工成本。

39、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

40、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。