[發明專利]一種波片相位延遲的精密測量系統及其實現方法

有效

• 申請號: 201210009867.4
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102589850A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 侯俊峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

1.一種波片相位延遲的精密測量系統，包括一光源，在該光源發出光的前進方向上依次放置準直器、起偏器、補償器及置于樣品臺上的待測樣品，所述的補償器由步進電機帶動旋轉，該電機的驅動由一電子計算機實行控制，在待測樣品之后且沿光的前進方向放置有檢偏器、成像透鏡、單色儀和探測器，所述的探測器的輸出經數據采集卡傳至電子計算機進行數據處理；所述的電子計算機通過數據采集卡控制單色儀選擇波長；電子計算機通過數據采集卡發送脈沖信號到電機驅動以控制電機以一定步長旋轉補償器；其特征在于：所述的準直器采用光纖耦合器；在待測樣品之后、檢偏器之前再加入一偏振片。

2.根據權利要求1所述的波片相位延遲的精密測量系統，其特征在于：所述的光源為連續譜光源，優選氙燈或溴鎢燈。

3.根據權利要求1所述的波片相位延遲的精密測量系統，其特征在于：所述的起偏器、偏振片和檢偏器均采用二向色性起偏器或雙折射起偏器中的一種。

4.根據權利要求1所述的波片相位延遲的精密測量系統，其特征在于：所述的補償器為云母或石英，延遲范圍為60°-120°。

5.根據權利要求1所述的波片相位延遲的精密測量系統，其特征在于：所述的單色儀為反射型光柵；所述的探測器為光電二極管、光電倍增管或CCD圖像傳感器，優選為CCD圖像傳感器。

6.一種波片相位延遲的精密測量方法，首先建立權利要求1所述的波片相位延遲的精密測量系統，使得光源發出的光依次通過光纖耦合器、起偏器、補償器、待測樣品、偏振片、檢偏器、成像透鏡和單色儀后由探測器接收；其特征在于其是通過自校準方法測得待測樣品的相位延遲δ；該方法步驟如下：

1)設定包括起偏器、補償器、待測樣品、偏振片和檢偏器在內的各偏振元件的初始方位角，使得補償器、待測樣品的快軸和起偏器、檢偏器的透振方向一致，沿x軸正向，旋轉偏振片使其透振方向與x軸成θ_α，且20°≤|θ_α|≤40°；

2)啟動系統，電子計算機通過數據采集卡控制單色儀選擇被測波長；

3)電子計算機通過數據采集卡控制電機旋轉補償器，每旋轉間隔Δθ，數據采集卡采集一次光強并傳給電子計算機，其中：1°≤Δθ≤10°；電機旋轉一周，得到一組光強數據I；

4)由電子計算機對采集的光強數據I進行傅立葉分析，由下式求得傅立葉系數a₀、b₂、a₄和b₄；

I＝a₀+b₂?sin(2nΔθ)+a₄?cos(4nΔθ)+b₄?sin(4nΔθ)????n＝0，1，2，...

5)通過下面四個非線性方程：

a₀＝τ[1+¹/₂(1+cosδ_c)cos2θ_α]

b₂＝τsinδ_csinδsin2θ_α

a₄＝¹/₂τ(1-cosδ_c)cos2θ_α

b₄＝¹/₂τ(1-cosδ_c)cosδsin2θ_α

解析解得出待測樣品的相位延遲δ。

7.根據權利要求6所述的波片相位延遲的精密測量方法，其特征在于：通過三步測量法消除包括補償器、待測樣品和偏振片在內的偏振元件方位角的誤調影響，該方法步驟如下：

6)調整偏振片使其透振方向與x軸的夾角在20°-40°范圍內，其確切位置為θ_α且未知，繼續步驟3)至5)測量并求得待測樣品的相位延遲δ₁和偏振片的透振方向與x軸的夾角θ_α1；

7)旋轉偏振片使其透振方向與x軸成-θ_α1，再繼續步驟3)至5)測量并求得偏振片的透振方向與x軸的夾角θ_α2；

8)旋轉偏振片使其透振方向與x軸成θ_α2，再繼續步驟3)至5)測量并求得待測樣品的相位延遲δ₂；

9)最終求得待測樣品的相位延遲為：δ＝(δ₁+δ₂)/2。