基于光干涉原理的液晶空盒盒厚测量

　　1　引言

　　液晶空盒是指未注入液晶的液晶盒,它的结构可简单表为玻璃-空气隙-玻璃,玻璃间空气隙的距离即为液晶空盒的盒厚,它决定了注入液晶后液晶盒中液晶层的厚度,由于液晶的双折射效应,不同盒厚的液晶空盒即不同的液晶层厚度会敏感地反映为液晶盒光电特性、底色及响应速度等方面的变化,而且一般的液晶盒盒厚只有5~8μm,对盒厚的精度要求很高,因此,如何准确地测量液晶空盒盒厚具有实际的应用价值。

　　2　仪器装置

　　被测量的液晶空盒及所需的光学组件装置如图1所示,整个测量装置由He-Ne激光器(λ=632.8nm)、转动台、待测的液晶空盒样品、凸透镜、光电检测器、示波器或计算机收集和处理数据等部分组成。

　　3　测量原理和方法

　　3·1　测量原理

　　设测量的液晶盒置于空气中,玻璃的规格满足薄板条件,液晶空盒的盒厚为h,如图2所示,一束激光入射到液晶空盒后经多次折射和反射形成多束平行反射光和平行透射光的情形,当用透镜把这两组光束分别汇聚在焦点上,由于光束叠加将产生干涉条纹,根据干涉条纹的分布便可算出盒厚。

　　在图2中画出了各5束相干的反射和透射光,分别标为1~5和1′~5′,由于每经过一个界面光束便分成反射和透射两部分,因此各光束强度并不相等。由菲涅耳方程得折射强度与入射强度之比T和反射强度与入射强度之比R为

　　根据(3)、(4)两公式,由玻璃折射率n2=1.5,空气n1≈1,可得出1~5各反射光束相对光强依次为:0·042,0·037,0·000069,………;1′~5′各透射光束相对光强依次为:0·918,0·0016,0·0000028,………

　　由此可见,各反射和透射光束的强度减弱得很快,在讨论玻璃的反射光束或透射光束的干涉图象时,如果只想知道干涉加强波峰的位置,则考虑前两束就足够了,因为后面光束只会影响干涉强度的大小,而不改变干涉加强波峰的位置。

　　根据干涉原理,两相干光束干涉加强的条件是位相差等于2π的整数倍,干涉减弱的条件是位相相反,由上面知透射光强较大,为准确测试,我们采用透射光束的干涉来测量。从图2可以看出,前两个透射光束1′和2′的光程差Δ为

　　式中:λ为光束在真空中的波长,由于空气的折射率很接近1.0,所以空气中的波长近似认为与真空中的波长相等。

　　干涉的条件为:δ=2mπ时,干涉加强,透射光束的强度极大(m=0,1,2,……);δ=2(m+1)π时,干涉减弱,透射光束的强度极小(m=0,1,2,……)。