差动式激光透射率反射率仪

本实用新型涉及的是光学测量技术领域，是测量膜片对激光光谱透射率和反射率的仪器。

已公知的一类仪器是采用“光强法”进行测量，即测量试件置入光路中经试件透射或反射的光强与试件从光路中退出后测得的入射光强之比。要求光源的光强足够稳定，才可能有高的测量精度，因此成本很高。

已公知的另一类仪器是采用“差动法”进行测量，它不需要具备稳光强条件，只要采用光电转换直线性好且配对的光接收元件，就可以达到高的测量精度，按照这个测量原理，有人发明了“DF透反仪”的始型。后来有人参照这个始型设计了“DF透反仪”产品，但该产品通过小批量试产试销后还是停厂了，其原理主要存在下面一些问题：

采用的稳频氦氖激光器一般都有同轴杂散光，即兰绿光，会给测量结果造成0.03％左右的系统误差；采用平板形半反片，多次反射光束或透射光束往往干扰测量，即使在半反片前粘贴双孔光栏，也难准确可靠地消除这种干扰，而这种干扰可能导致反射率测量值大于100％的谬误结果。测量路光电池的受光面是垂直于激光束放置，由于光电池有百分之几十的镜面反射率，相对于试件从光路中退出后的情况来说，测试件反射率时，镜面反射光通过试件反射，将有一部分反射或散射光再次射回到光电池上，而造成测量值偏高的误差，也会在测高反片时出现反射率测量值大于100％的谬误结果，聚焦透镜组固定， 将光束的高斯腰聚焦在试件表面上成小光斑点，只能进行点的透射率和反射率测量，必须繁琐地进行多点扫描测量才能知道一定面积上的平均反射率和透射率，由于激光束的光强分布为高斯分布，为确保测量精度，对光电池的均匀性和光斑对准的准确性都要求很高，加之是用人眼视觉对准光斑，很难对准又费时间，特别是测低透低反时的弱光束，对准光斑更难，至于激光器的近红外不可见光谱线，眼睛就无能为力了，人眼视觉对准光斑，眼睛吃力，还会受到激光的刺激和伤害，使用精密电阻箱和检流计构成的双臂电桥进行平衡测量，也是造成测量速度慢的重要原因之一，仪器未设蔽光防尘罩，全部敝开操作使用。

本实用新型的目的就是克服“DF透反仪”存在的上述问题，改进仪器的光路设计、零部件设计和结构设计，提高仪器的测量精度和测算速度，扩展测量光谱范围，并使之便于使用维修。

本实用新型的差动式激光透射率反射率仪由电器箱（22）、光源室（23）和测量池（24）三部分构成，其中包括由激光器（1）、高斯腰聚焦透镜组（4）、多层介质膜半反片（5）和光电池（7）、（8）组成的双光路系统、测数系统、由光电池（8）、反射镜（17）、凹透镜（18）、反射镜（19）等构成的双臂电桥式光斑对准系统，本实用新型的特征是在激光器前面设有光学玻璃滤片（2），可滤掉激光束中的同轴杂散光，设有由扩束镜和两片全息片组成的光强均匀化器（3），将激光光强由高斯分布变为均匀化分，可降低对光电池均匀性和对准光斑的准确性要求， 提高测量精度，高斯腰聚焦透镜组（4）为可插入或退出光路的活动件，以便既可以进行点测，又可进行面测，提高了测量速度，方便了人们使用，多层膜半反片为楔形半反片，以避免多次透射光束或反射光束对测量的干扰，提高测量精度，在双臂电桥式光斑对准系统中设有四象限光电池（20）和检零计（21），用来代替人眼视觉对准光斑，即快又可靠，同时还可避免激光对人眼的刺激和伤害，也解决了不可见红外激光谱线的光斑对准问题，用高精度数字式光电流比率表来代替由精密电阻箱和检流计组成的双臂电桥，可进行快速测算和测算结果的显示，测量路光电池（8）的受光面相对于入射光束倾斜放置，使镜面反射光束为对准光斑用的四象限光电池（20）所接收，不再经试件回射到测量电池上，提高测量的准确性，本实用新型的特征还在于设置有外罩操作的试件平移机构，包括测微头（26）、旋轮（27）、旋臂（28）、偏心槽板（29）、燕尾座（30）、燕尾滑板（31）和试件架（32）、旋转机构由旋轮（33）、带游标（36）的角度盘（35）、旋臂（34）构成，且为游标（36）固定和角度盘（35）转动形式，以便于维护使用。本实用新型的另一个特征是光源室（23）和测量池（24）设置蔽光防尘外罩，以防止环境光线对测量的干扰和灰尘对光学镜片的  行和损坏。

下面根据附图对本实用新型再进行详细描述。

图1是本实用新型的光路原理图，由激光器（1）射出的激光束通过滤片（2）、光强分布均匀化器（3）、高斯腰聚焦透镜组（4）至镀多层介质膜的半反片（5）上，一次反射光束作为参考路光束，为位置固定 的光电池（7）所接收，一次透射光束作为测量路光束，当测反射率时，经试件（6）反射的光束由光电池（8）在反射角位置0处接收，而试件退出后的入射光束或测透射率时的透射光束，便由光电池（8）旋至位置0处接收。透镜组（4）插入光路中，激光束的高斯腰被聚焦到试件（6）的前表面上，进行照射点的反射率或透射率测量；当透镜组（4）从光路中退出，照射到试件（6）前表面上的是一个扩束光斑，进行光斑面积内的平均反射率或透射率测量。

图2是本实用新型的电测原理框图，光电池（7）、（8）分别接数字式光电流比率表（9）的两个输入端，数字式光电流比率表由电流／频率变换器（10）、（11）计数器（12）、万次计数器（13）、闸门（14）、译码器（15）和数字显示器（16）组成，变换器（11）的变换系数可调，万次计数器（13）开始计数并输给闸门（14）一个开门信号，而当计数至10000便给出一个关门信号至闸门（14），无试件时，调节变换器（11）的变换系数，使测量路光电流与参考路光电流的比值为1，0000，即数字式光电流比率表示值为1，0000，试件置入测量光路进行测量，数字式光电流比率表（9）的示值就是测算得的反射率或透射率。

图3是本实用新型对准光斑的光电原理图。所谓对准光斑就是要确保光电池以同一光敏面积处接收入射光束、反射光束和透射光束。入射光束、反射光束和透射光束射到倾斜放置的测量路光电池（8）上，它的镜面反射光束经反射镜（17）、凹透镜（18）和反射镜（19）后射到四象限光电池（20）上，四象限光电池的公共负极接地，四个正极各通过 一个等值的精密电阻接地，双刀双掷开关可轮换地将第一象限正极和等三象限正极分别接检零计的“＋”、“－”输入端  以及将第二象限正极和第四象限正极分别接检零计的“＋”“－”输入端，调节试件（6）的俯仰和光电池（8）的接收角位置，最终使四象限光电池（21）上光斑于对称位置，来回拔双刀双掷开关，检零计都指零为止。这样对入射光束、反射光束和透射光束对准好光斑后再进行测算。

图4表示本实用新型立体结构示意图，图5表示图4的局部剖视图，由电器箱（22）、光源室（23）和测量池（24）组成，其中（1）激光器；（2）滤片；（3）均匀化器；（4）透镜组；（5）半反片；（6）试件；（7）参考路光电池；（8）测量路光电池；（20）四象限光电池；（9）数字式光电流比率表；（21）检零计；（25）激光光源；（26）竖向平移测微头；（27）旋轮；（28）旋臂；（29）偏心槽板；（30）燕尾座；（31）燕尾滑板；（32）试件架；（33）旋轮；（34）转臂；（35）角度盘；（36）角度游标；（37）调节螺钉；（38）支柱试件转强、测量路光电池（8）和四象限光电池（20）由支柱（38）座落在底板上，旋动测微头（26）可使试件（6）在固定入射角后竖直平移，拧动旋轮（27），联动旋臂（28）、偏心槽板（29）使燕尾滑板（31）在燕尾座（30）中滑动，并联动试件架（32）可使试件（6）水平平移或从光路中推进推出，转动旋轮（33），联动角度盘（35）和转臂（34）可使测量电池（8）和四象限光电池（20）光斑对准系统围绕试件转台中心旋转，配合拧动螺钉（37）调节试件（6）的前表面于竖直方向来对准光斑。

图4、图5表示了本实用新型的实施例，多层介质膜楔形半反片的楔形角为30°至5°，且透反比为0.9至1.0，光电池（7）、（8）及四象限光电池（20）为硅光电池，分别用于测近紫外和近红外激光光谱线，数字式光电流比率表中的电流／频率变换器的转换量程为10^－9安培至10^－4安培，且精度为0.05％，光电池（8）以3°－6°角相对于入射光束倾斜放置。

本实用新型通过对“DF透反仪”的改进，提高了仪器的测量精度和测算速度，使测量精度达到0.02％，扩展了测量光谱范围，使仪器的工作波长由氦氖激光6328A谱线上下扩展到近紫外至近红外激光谱线，同时由于设置了罩外操作和防护装置，使仪器便于操作使用和维护保养。

附图说明

图1表示本实用新型的光路原理图；

图2表示本实用新型的电测原理框图；

图3表示本实用新型中对准光斑的光电原理图；

图4表示本实用新型结构示意图；

图5表示图4的局部剖视图。