[發明專利]一種雙頻定量光彈性測量儀及測量方法

有效

• 申請號: 202110219019.5
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113008426B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 劉誠;高夏立;邢童璐;張源哲;陸雨潔;張麗娟;袁小聰
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01N21/23;G01N21/41
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發明公開了一種雙頻定量光彈性測量儀及測量方法，屬于光彈性測量的技術領域。所述雙頻定量光彈性測量儀包括雙波長面光源13，在所述雙波長面光源13出射光線的傳播路徑上依次設有起偏器2、檢偏器8、成像透鏡6和光電探測器9。本發明公開的雙頻定量光彈性測量儀結構簡單，使用方便，測量速度快；在光源前設置機械移動裝置，拖動光源進行移動，對于超出測量范圍的大型待測樣片，可采用分時域掃描，對大型樣品分步測量，可以實現對大口徑的樣品進行測量，對樣品尺寸沒有限制，測量范圍更廣；本發明公開的雙頻定量光彈性測量方法能準確測得樣品的應力大小和方向，具有測量精度高的優勢。

技術領域

本發明涉及一種雙頻定量光彈性測量儀及測量方法，屬于光彈性測量的技術領域。

背景技術

光彈性測量是研究光學材料及光學器件內部雙折射特性或應力分布的重要技術，具有快速、直觀和精度高的優點。光彈性測量的原理是，光學材料或者光學元件的折射率分布會隨著內部應力或者結構改變而發生變化，通過測量其折射率的分布，即可推算出材料內的應力大小及方向或者元件內部的結構?，F有的光彈測量裝置主要分為圓偏振應力測量儀和平行平面偏振應力測量儀兩種。

如圖1所示，圓偏振應力測量儀包括激光光源1、起偏器2、聚焦透鏡10和準直透鏡4組成的擴束系統，待測樣品5，成像透鏡6，可用機械旋轉裝置調節的四分之一波片7，檢偏器8和光電探測器9。通過控制四分之一波片7與待測樣品5之間的相對位置，使得通過起偏器2的線偏振光經過四分之一波片7后仍為線偏振光，起偏器2自身的偏振軸方向改變的角度與待測樣品5的雙折射相位差成正比，可以通過旋轉檢偏器8對該角度進行檢測。具體操作過程如下，首先將起偏器2的透光軸和四分之一波片7的快軸調整到設定的x軸方向，放置待測樣品5，使待測樣品5的兩個主應力方向分別與x軸、y軸成45°，控制待測樣品5與檢偏器8轉動，尋找消光位置。將四分之一波片7的快軸與待測樣品5分別調整至x軸方向(與起偏器2透光軸一致)后，控制檢偏器8轉動一周，再次尋找消光位置，并記錄兩次消光位置間轉過的角度φ，根據讀出的φ值可以得出待測樣品5的雙折射相位差δ＝2φ。這種測量方法在光路中加入可以旋轉的四分之一波片7等光學元件，測量過程中包含多次元件的機械運動，客觀上造成光路結構和測量過程都較為復雜，而且測量儀在口徑較大時非常笨重，使用范圍受到較大限制。

如圖2所示，平行平面偏振應力測量儀包括單色點光源11、起偏器2、準直透鏡4、待測樣品5、成像透鏡6、檢偏器8和光電探測器9。應力條紋分布情況通常由主應力方向θ及雙折射光程差δ決定。而通過平行平面偏振應力測量儀在等色線條紋上無法準確測得θ值，通過五步彩色相移法將單色光源改為白光照明，由于不同波長的光線折射率不同，因此不同波長的光線在通過待測樣品5同一位置處時的雙折射光程差δ也不相同，白光光譜中不同波長的等色線黑條紋中心在不同的點上，從而保證了白光照明下等色線上始終有可用的等傾線信息，解決了應力方向θ的測量問題。然而這種方法無法計算應力大小，如果需要計算應力大小則需對實驗裝置進行改動，造成了測量不便，并且由于實驗系統較為復雜且對精度要求較高，測量往往只能在實驗室中進行，限制了光彈性測量的應用范圍。

發明內容

[技術問題]

本發明要解決的問題是：現有的光彈性測量裝置結構復雜，待測量元件尺寸受限，應用范圍受限。

[技術方案]

本發明提供了一種雙頻定量光彈性測量儀及測量方法，適用于光彈性測量技術領域，該測量儀結構簡單，使用方便，測量速度快，測量精度高，拓寬了高精度光彈性測量的應用范圍。

所述雙頻定量光彈性測量儀包括雙波長面光源13，在所述雙波長面光源13出射光線的傳播路徑上依次設有起偏器2、檢偏器8、成像透鏡6和光電探測器9。

可選的，所述雙波長面光源13由開關控制，先后發出波長為λ₁和波長為λ₂兩種頻率的光。

可選的，所述起偏器2和檢偏器8能夠繞自身的偏轉軸旋轉。