[發明專利]雙折射光學器件相位延遲量及快軸方向的測量方法及裝置

無效

• 申請號: 200610089082.7
• 申請日: 2006-08-02
• 公開（公告）號: CN101118199A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 蔣弘;吳健;陳強華;柳忠堯;李睿穎
• 申請（專利權）人: 北京市普銳科創科技有限責任公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明屬于激光精密測量技術領域，特別涉及應用激光進行雙折射光學器件的相位延遲量及其快軸方向測量。

背景技術

雙折射光學器件的雙折射參數是衡量其性能的重要指標，包括相位延遲量及其快軸方向，可以應用在諸如光學材料的殘余應力檢測、光彈性測量、波片的相位延遲量測量、材料和液晶的特性檢測等許多方面。

目前已有的檢測方法有四分之一波片法和雙頻激光干涉方法?！稛o色光學玻璃測試方法?邊緣應力雙折射測試方法?GB7962.6-87》是基于四分之一波片測量的，采用白光光源，手工操作，目測讀數，其測量精度和速度都比較低。

日本Uniopt公司采用基于雙頻激光的測量方法，該方法的實現裝置構成如圖1所示，包括：橫向塞曼雙頻激光器101，依次設置在該激光器發射端的光路軸線上的分光鏡102、第一旋轉臺103及固定在上面的二分之一波片104、XY二維平移臺105及固定在上面的被測樣品106、第二旋轉臺107及固定在上面的測量檢偏器108和測量光電探測器109，依次設置在分光鏡反射光路軸線上的參考檢偏器111和參考光電探測器112，與測量光電探測器109相連的測量前置放大器110、參考前置放大器113，以及相位測量單元114、模數轉換器115、與旋轉臺和平移臺相連的控制器116和計算機117。

該裝置的工作原理說明如下：

1.采用橫向賽曼雙頻激光器101做光源，該激光器輸出兩個正交的線偏振光，這兩個線偏振光有一定的頻差；

2.該相互正交的線偏振光通過一個分光鏡102后分成反射和透射兩部分光；

3.反射光經過參考檢偏器111進行合成，由參考光電探測器112接收形成參考信號；

4.透射光為測量光，依次經過二分之一波片104、被測樣品106和測量檢偏器108，由測量光電探測器109接收形成測量信號；

5.調整第一旋轉臺103的零點方向、第二旋轉臺107的零點方向、二分之一波片104的快軸方向和測量檢偏器108的偏振方向，令它們全部指向水平方向；

6.計算機117通過與其相連的控制器116操縱XY二維平移臺105，使得透射光通過被測樣品106上的被測位置；

7.計算機117通過與其相連的控制器116操縱第一旋轉臺103和第二旋轉臺107，使前者轉動一定的角度α、后者轉動兩倍的角度2α；

8.將第4步驟所說的測量信號和第3步驟所說的參考信號被送入相位測量單元114進行相位比較，其輸出結果送入模數轉換器115進行轉換，轉換的結果即為單次測量的相位差，將它送入計算機117，和步驟7中提到的角度α一起保存；

9.重復步驟7和步驟8，得到一系列相位差和角度，對它們進行傅立葉變換，得到4倍頻分量的幅值和相角，就得到了被測樣品106上該被測位置處雙折射的相位延遲量和快軸方向；

10.重復步驟6-9，可以得到被測樣品106上不同位置處的雙折射參數。

該裝置的相位延遲量測量范圍是0°-150°，分辨率0.006°，精度±0.2％；快軸方向的測量范圍是±90°，分辨率0.1°，精度0.5°。

該裝置的步驟7中要求兩個旋轉臺必須同步旋轉，而且角度是嚴格的兩倍關系，但實際上難免存在偏差，這就會給測量結果帶來誤差。該裝置的測量光在通過被測樣品后，方向不能改變，否則就無法進入測量光電探測器，所以它只能用來測量平板玻璃類的樣品。另外，該裝置的數據處理采用傅立葉變換，這只是一種近似計算，當相位延遲量很小時才成立，相位延遲量較大時存在很大的原理誤差。

發明內容

本發明克服已有技術測量精度差或測量存在裝置誤差和原理誤差的不足之處，提出一種利用雙頻激光進行雙折射相位延遲量及快軸方向測量的方法，該方法測量方便快捷，測量結果直接可采用解析表達式的計算方法計算出結果，因此不但可以使測量精度加倍，消除裝置誤差和原理誤差，而且還使測量對象擴大到光楔和透鏡等光學器件。

本發明還提供采用該方法的測量裝置，相比現有測量裝置，不但能方便快捷實現精確測量，而且結構簡單。