一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置，激光光源发出的光束经小孔滤除杂散光和衰减片衰减后，由反射镜反射到第一凸透镜，并照射到各向同性随机表面样品上；由两片毛玻璃和白纸组成散射图像接收屏,用于接收散射图像；从各向同性随机表面样品散射后的光照射到所述散射图像接收屏，并经第二凸透镜成像到探测器，得到光强散射图像。根据光强散射图像获取入射角和散射角都确定时的光强散射轮廓曲线求得光强散射轮廓曲线的半宽度，再由光强散射轮廓曲线的半宽度与波矢的垂直分量的关系，得到各向同性随机表面的粗糙指数。同性随机表面的粗糙指数。同性随机表面的粗糙指数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置


[0001]本专利技术涉及表面
，特别涉及一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置。

技术介绍

[0002]随机表面在自然界中随处可见，分为各向同性随机表面和各向异性随机表面两类。随机表面的描述是随机表面研究的基本问题，可以准确描述随机表面的模型为自仿射分形表面模型，该模型主要有粗糙指数、方均根粗糙度和横向相关长度这三个统计参量来描述。对随机表面参量提取的方法比较多，主要分为两类：接触法和非接触法。接触法包括原子力显微镜、扫描探针显微术等，非接触法包括X射线衍射、光散射法、电子衍射等，其中光散射法因无接触无损伤、价格低廉、实验装置简单、抗干扰性强等优点而被广泛应用在很多领域，例如校准激光雷达、工业非接触检测、生物医学诊断等。关于随机表面的光散射的理论研究，最早可追朔到二十世纪六十年代，Beckmann和Spizzichin首先利用物理光学的方法，研究了随机表面的电磁波散射的基尔霍夫近似标量解，得到了散射场的统计分布表达式，并进一步探讨了散射场强度和相位的概率分布。光散射法是研究某一入射波经随机表面时发生散射或透射而在自由空间形成的随机散射光强分布。随机散射光强是一个随波矢量的平行分量缓慢变化的函数，其强度分布与随机表面参量有关，因此研究随机表面的散射光强轮廓函数来提取随机表面参量是光散射法中的基础问题也是重要问题。
[0003]对随机表面光散射的研究主要是随机表面的形貌特征或随机表面参量和光强散射强度分布之间的关系。面内角分辨光散射实验测量法是测量各向同性随机表面样品参量最常用的方法，在此方法中，测量随机表面散射光强轮廓函数的前提是波矢的垂直分量是确定的，而波矢的垂直分量可以通过改变入射角来改变，但在实际测量时大多是通过探测器沿着以反射点为中心的一条垂直线段来实现，这不能保证波矢的垂直分量是一直不变的。为了消除波矢的垂直分量近似不变的误差来提高测量的精确度，探测器需要沿着一条特殊的圆弧曲线来测量，在这条圆弧上，波矢的垂直分量保持不变，波矢的平行分量逐渐增大，这样会使实验装置复杂化。
[0004]参考文献：
[0005]文献1：
[0006]Beckmann Petr and Spizzichino Andre,“The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces”,New York,Paris(1963)。
[0007]文献2：
[0008]W.X.Liu,S.Y.Teng,N.Y.Zhang,etal.“Computational generation and the simulation of the light scattering of self
‑
affine fractal random surface,”Chinese Physics Letters,18(2):217
‑
219(2001)。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法，包括以下步骤：
[0012]A、选取粗糙指数待测的各向同性随机表面样品，并通过角分辨光散射法拍摄各向同性随机表面在某一入射角情况下的散射图像；
[0013]B、将拍摄的散射图像利用计算机软件进行处理，根据散射图像中的某一点与入射角、散射角的关系获取同一入射角情况下，不同散射角时的光强散射轮廓曲线；
[0014]C、将光强散射轮廓曲线进行高斯函数拟合，得到光强散射轮廓曲线的半宽度；
[0015]D、根据光强散射轮廓曲线的半宽度与波矢的垂直分量的关系，得到各向同性随机表面的粗糙指数。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤B中，散射图像中的某一点与入射角、散射角的关系为：
[0017][0018]其中：
[0019]θ1为照射到各向同性随机表面样品的入射光的入射角；
[0020]θ2为经各向同性随机表面样品散射后的散射光的散射角；
[0021](x,y)为散射图像中散射点的坐标；
[0022]z为散射点到各向同性随机表面样品的距离。
[0023]作为本专利技术的一种优选技术方案，在步骤D中，光强散射轮廓曲线的半宽度与波矢的垂直分量的关系为：
[0024]当k
⊥
的值比较大时；
[0025][0026]其中：
[0027]k
⊥
为波矢的垂直分量；
[0028]W
p
为光强散射轮廓曲线的半宽度；
[0029]α为各向同性随机表面样品的粗糙指数。
[0030]本专利技术还提供了一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的装置，包括激光光源，所述激光光源的另一侧依次水平设置有小孔和衰减片，所述衰减片的另一侧设置有反射镜，且反射镜倾斜设置，所述反射镜的另一侧设置有第一凸透镜，所述第一凸透镜的另一侧设置有各向同性随机表面样品，所述各向同性随机表面样品的另一侧设置有散射图像接收屏，所述散射图像接收屏包括第一毛玻璃、第二毛玻璃和白纸，所述白纸位于第一毛玻璃与第二毛玻璃之间，所述散射图像接收屏的另一侧设置有第二凸透镜，所述第二凸透镜的另一侧设置有探测器。
[0031]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述激光光源为为氦氖激光器，发出的光束波
长为632.8nm。
[0032]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述各向同性随机表面样品放置于二维旋转平台，且二维旋转平台具有角刻度。
[0033]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述第一毛玻璃和第二毛玻璃的形状结构相同，均为一面光滑面另一粗糙面，所述白纸位于第一毛玻璃与第二毛玻璃粗糙面之间。
[0034]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述散射图像接收屏位于第一凸透镜的后焦面，所述第一凸透镜到各向同性随机表面样品的距离与各向同性随机表面样品到散射图像接收屏的距离之和等于第一凸透镜的焦距。
[0035]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述探测器位于第二凸透镜的后焦面。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0037]本专利技术提供的基于角分辨散射测量各向同性随机表面粗糙指数的方法可以在测量过程中确保波矢的垂直分量保持不变。
[0038]本专利技术提供的基于角分辨散射测量各向同性随机表面粗糙指数的装置结构简单，操作便捷，采用的元器件易采购且价格相对低廉，只需要测量一张入射角确定时的光散射图像就可以测定各向同性随机表面的粗糙指数。
[0039]本专利技术根据光强散射图像获取入射角和散射角都确定时的光强散射轮廓曲线求得光强散射轮廓曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、选取粗糙指数待测的各向同性随机表面样品，并通过角分辨光散射法拍摄各向同性随机表面在某一入射角情况下的散射图像；B、将拍摄的散射图像利用计算机软件进行处理，根据散射图像中的某一点与入射角、散射角的关系获取同一入射角情况下，不同散射角时的光强散射轮廓曲线；C、将光强散射轮廓曲线进行高斯函数拟合，得到光强散射轮廓曲线的半宽度；D、根据光强散射轮廓曲线的半宽度与波矢的垂直分量的关系，得到各向同性随机表面的粗糙指数。2.根据权利要求1所述的一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置，其特征在于，在步骤B中，散射图像中的某一点与入射角、散射角的关系为：其中：θ1为照射到各向同性随机表面样品的入射光的入射角；θ2为经各向同性随机表面样品散射后的散射光的散射角；(x,y)为散射图像中散射点的坐标；z为散射点到各向同性随机表面样品的距离。3.根据权利要求1所述的一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的方法及其装置，其特征在于，在步骤D中，光强散射轮廓曲线的半宽度与波矢的垂直分量的关系为：当k
⊥
的值比较大时；其中：为波矢的垂直分量；W
p
为光强散射轮廓曲线的半宽度；α为各向同性随机表面样品的粗糙指数。4.一种基于角分辨散散测量各向同性随机表面粗糙指数的装置，其特征在于，包括激光光源(1)，所述激光光源(1)的另一侧依次水平设置有小孔(2)和衰减片(3)，所述衰减片(3)的另一侧设置有反射镜(4)，且反射镜(4)倾斜设置，所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金鑫，李嘉欣，高雅茹，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：