进行研究时，庆应义塾大学研究生院理工学研究科的炭原佳奈（现为毕业生）、原科学技术学院物理系专职讲师冈野正人（现为防卫学院副教授）、渡边信一教授以及米乐m6官方网站（AIST）首席研究员大久保彰和Hajime领导的研究小组物理测量标准研究所光频率测量研究组的研究组组长稻叶开发了一种能够以极高的精度同时测量平板材料的厚度和折射率的技术。
在光学镜头等光学元件的设计中，重要的是折射率(*1) 至关重要。在光学镜片加工之前确定平面材料的准确厚度也很重要。现在我们可以直接测量光的相位变化量双梳光谱(*2)，我们开发了一种在多个波长下高精度、非接触地同时测量扁平硅材料的厚度和折射率的方法。这种方法是革命性的，因为它允许以平板的形式以最高的精度测量材料的折射率。未来，预计通过将该方法应用于各种光学材料的精确折射率测量，将有助于实现光学元件的高精度设计。
该研究结果将于 2022 年 1 月 12 日（当地时间）发布。
光学快车
折射率是材料的基本物理量之一。两种材料之间的折射率差异导致光在界面处折射，这是使用透镜聚焦光的基础。光的折射角取决于折射率，因此在设计光学透镜等光学元件时，必须准确确定构成元件的材料的折射率。另外，光学镜片一般是通过抛光平板玻璃制成的。因此，如果有一种能够同时精确测量平面材料的折射率和厚度的技术将是极其方便的。
光谱方法长期以来一直用于高精度测定折射率值。特别是，最小参数法(*3)被称为测量精度最高的方法，其相对精度为2×10-6然而，最小偏角法需要复杂的预处理，因为它需要将材料加工成棱柱形状。通过使用双梳光谱仪，可以准确、直接地测量光的相变量，我们开发了一种在不将材料加工成棱镜形状的情况下，在宽波长范围内同时准确测量平板的折射率和厚度的方法。
在这项研究中，使用了一块硅平板作为样品，硅平板是一种折射率众所周知的材料。双梳光谱用于研究在 152 μm 至 157 μm 波长范围内透过样品的光的透射率和相位变化。图(a)显示了有硅板和无硅板时的干扰时间波形。当有硅平板时，光会从样品的正面和背面多次反射（多次反射），从而出现信号。该信号反映了材料内部光的相变量。通过详细分析多次反射信号，我们确定了硅板内部光的相位变化量，并确定了每个波长的折射率。
一般来说，样品的厚度相对于作为长度标准的“光的波长”来说非常大，并且不知道样品内存在多少种波长的光，因此无法准确确定观察到的光的相位变化。结果，测量的折射率的精度降低。这次，通过反复积累数据来抑制每个频率下相位变化量测量值的变化，并通过开发一种新的分析方法来确定样品中存在多少种波长的光，测量样品折射率和厚度的精度得到了显着提高。此外，该方法可以在很宽的波长范围内同时进行高精度折射率测量。图（b）显示了使用该方法测量的硅板的折射率的光频率依赖性。例如，在波长 1550 nm 下测量折射率 347563，精度为 6×10-5（相对值：2×10-5）。同时，精度为15 nm（相对值：对于样品厚度520473 μm的3×10-6)的高精度确定了厚度。
另外，由于本次实验中对环境温度评估不够充分，硅平板折射率的相对精度为2×10-5，但测量值的分散度（标准偏差）为4×10-6，并且从精度评估结果来看，如果进行一般的高精度环境温度评估，相对精度为4×10，相当于最小偏角法的测量精度。-6可以实现。今后，我们将在准确评估环境温度的同时进行仔细的测量，并研究各种光学材料的准确折射率值。
未来，我们将将此方法应用于各种光学材料的精密折射率测量，并利用双梳光谱进行更精确的物理特性测量。
图 (a)：使用和不使用硅板时通过双梳光谱测量的干涉时间波形。
图(b)：这次确定的硅平板的折射率(插图是放大图)。
K。 A Sumihara、S Okubo、M Okano、H Inaba 和 S Watanabe，“通过双梳光谱法超精确测定光学厚色散材料的厚度和折射率”，光学快车卷。 30, 2734-2747 (2022)。
DOI：101364/OE445134