介质薄膜群延迟的测量方法

摘要

本发明提供了一种基于F－P干涉效应来测量待测介质薄膜的中心波长群延迟的方法。该群延迟测量方法包含以下步骤：(A)测量待测介质薄膜的透过率曲线；(B)根据待测介质薄膜光谱曲线的特点，镀制两片中心波长与待测薄膜相同，具有适合透过率和已知相位变化的参考反射镜；(C)将两片参考介质薄膜反射镜平行放置，中间用石英晶片间隔出空气间隙，构成一个F－P干涉仪；(D)测量由两片相同的参考介质薄膜构成的F－P干涉仪的干涉透过率曲线，根据该曲线计算出作为间隔层的石英晶片的厚度；(E)将其中一个参考介质薄膜替换为待测的介质薄膜，测量透过率曲线，根据计算得出待测介质薄膜的中心波长的群延迟。

主权项

1、一种薄膜群延迟测量方法，特征在于包括下列步骤：①测量待测介质薄膜的透过率随波长的变化曲线，根据该曲线，判断待测介质薄膜的中心波长λ₀以及中心波长附近的透过率值；②根据待测介质薄膜的光谱曲线的中心波长λ₀以及中心波长λ₀附近的透过率值，在基底表面镀制中心波长λ₀与待测介质薄膜中心波长λ₀相同的介质薄膜作为测量的参考反射镜共两片，测量参考介质薄膜反射镜的透过率曲线和反射位相φ随光波频率变化的曲线：φ₁(λ)，φ₂(λ)③将所述的两片参考介质薄膜反射镜平行放置，中间用薄的石英晶片隔出空气间隙，形成一个F-P干涉仪，测量该干涉仪的透射干涉光谱曲线，在干涉极大处，有： $\delta \left(\lambda \right)={\phi }_1\left(\lambda \right)+{\phi }_2\left(\lambda \right)+\frac{2\pi }{\lambda }2\mathrm{nh}\cos \alpha =2\mathrm{\pi i}---\left(1\right)$式中：φ₁(λ)、φ₂(λ)为反射光在参考介质薄膜反射镜1、参考介质薄膜反射镜2表面反射时产生的位相随波长的变化关系，h为两参考介质薄膜反射镜之间空气隙的距离，即石英晶片的厚度，n为空气折射率，i为干涉级数，α为光线在反射薄膜表面的反射角度，由于φ₁(λ)、φ₂(λ)为两参考介质薄膜反射镜的位相随波长的变化关系，是已知的，利用(1)式和干涉极大处的波长求出石英晶片厚度h的值；④将其中一片参考介质薄膜换成待测的介质薄膜，再测量构成的F-P干涉仪的干涉透过率曲线，将(1)式改写成：这里φ₁(ω)、φ₃(ω)分别对应于已知参考介质薄膜反射镜和待测色散介质薄膜的反射位相随频率变化的关系，从中心波长的相邻透过率极大值处我们可以得到待测薄膜的群延迟： $\tau \left({\omega }_{i,i-1}\right)=\frac{d{\phi }_3}{\mathrm{d\omega }}{|}_{{\omega }_{i,i-1}}\approx \frac{{\phi }_3\left({\omega }_i\right)-{\phi }_3\left({\omega }_{i-1}\right)}{{\omega }_i-{\omega }_{i-1}}=-\frac{2h\cos \alpha }{c}+\frac{(2\pi -\Delta {\phi }_1){\lambda }_i{\lambda }_{i-1}}{2\mathrm{\pi c}({\lambda }_{i-1}-{\lambda }_i)}---\left(3\right)$式中：Δφ₁＝φ₁(λ_i)-φ₁(λ_i-1)，ω_i，i-1＝ω_i+ω_i-1/2，利用(3)式计算出待测介质薄膜的中心波长的群延迟。