[發明專利]線性雙折射測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201210193165.6
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102706809A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 曾愛軍;陳貝石;劉龍海;鄭樂行;朱玲琳;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/23
• 分類號: G01N21/23;G01B11/26
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及偏振測量技術領域，特別是一種線性雙折射的測量裝置和測量方法。

技術背景

線性雙折射表現為互相垂直的兩束偏振光通過光學材料后產生的相位差。相位延遲量和快軸方位角是表征線性雙折射的重要光學參數。在實際使用中，包括波長在內的使用條件變化使得線性雙折射材料的相位延遲量相對于標稱值產生一定的偏差。同時，通常情況下線性雙折射材料的快軸方位角并未標明。因此，在使用過程中需要精密地測量線性雙折射材料的相位延遲量和快軸方位角。

在先技術[1](參見Baoliang?Wang.Linear?birefringence?measurement?instrument?using?two?photoelastic?modulators.Optical?Engineering，Vol.41,981-987,2002)描述了一種基于雙光彈調制器的線性雙折射測量裝置，該裝置由一個激光器、一個起偏器、兩個不同工作頻率的光彈調制器、一個檢偏器和一個光電探測器組成。待測樣品置于兩個調制器中間，探測器信號經過傅里葉變換或者鎖相放大后，利用基頻分量和諧波分量計算得到樣品的相位延遲量和快軸方位角。但是該裝置需要采用兩個精密的光彈調制器，同時信號處理電路相對復雜。

在先技術[2](參見汪桂霞，徐昌杰，王青松.一種確定波片快慢軸方位的新方法.激光與紅外，Vol.36,699-702,2006)描述了一種可以測量波片快軸方位角的裝置，該裝置主要由光源、準直透鏡、起偏器、檢偏器、會聚透鏡和光電探測器組成。該裝置是將待測波片置于起偏器和檢偏器之間，利用連續旋轉待測波片過程中記錄的光強變化確定待測波片的某一光學主軸，再通過判斷出射光的偏振態來確定該光學主軸是快軸還是慢軸。但是該方法無法實現相位延遲量的測量，由于需要連續轉動待測波片，光源的光強波動會影響出射光強隨時間變化的曲線，從而引入較大的測量誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種線性雙折射的測量裝置和測量方法，該裝置結構簡單、操作方便，測量結果不受光源光強波動的影響。

本發明的技術解決方案：

一種線性雙折射測量裝置，其特點在于該裝置由光強調制的準直光源、圓起偏器、沃拉斯頓棱鏡、雙象限探測器和信號處理單元組成，上述各元部件的位置關系是：沿所述的光強調制的準直光源輸出的光束前進方向上，依次是所述的圓起偏器、沃拉斯頓棱鏡和雙象限探測器，所述的雙象限探測器的輸出端與所述的信號處理單元的輸入端相連，在所述的圓起偏器和沃拉斯頓棱鏡之間設置待測線性雙折射樣品的插口。

所述的光強調制的準直光源由信號控制電路和激光器組成，出射激光的光強被方波調制。

所述的沃拉斯頓棱鏡的兩個偏振軸分別與水平方向成0°和90°夾角。

所述的信號處理單元由具有A/D轉換功能的多通道高速度數據采集卡與計算機構成。

所述的圓起偏器為利用方解石晶體和石英晶體制作成的消光比優于10^-3的圓起偏器。

所述的沃拉斯頓棱鏡的分束角為5°，其消光比優于10^-5。

所述的雙象限探測器由兩個光電二極管和信號放大電路組成。

利用上述線性雙折射測量裝置測量線性雙折射的方法，包括下列步驟：

①將待測線性雙折射樣品插入所述的圓起偏器和沃拉斯頓棱鏡之間的插口并調整光路，使由準直光源輸出的光束經所述的圓起偏器后垂直入射在待測線性雙折射樣品上；

②利用所述的雙象限光電探測記錄由沃拉斯頓棱鏡分束產生的兩個子光束的光強I_0°和I_90°并轉變為電信號，該電信號輸入所述的信號處理單元；

③將所述的待測線性雙折射樣品繞輸入光束旋轉45°；

④利用所述的雙象限光電探測分別記錄由沃拉斯頓棱鏡分束產生的兩個子光束的光強I_0°′和I_90°′并轉變為電信號，該電信號輸入所述的信號處理單元；

⑤所述的信號處理單元進行下列運算求解相位延遲量δ和快軸方位角θ：