本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種波片測(cè)量裝置及測(cè)量求解方法。

背景技術(shù)：

1、波片，也稱(chēng)相位延遲器。它可以使偏振光的兩個(gè)相互垂直的分量之間產(chǎn)生相位差，該相位差也叫波片的相位延遲量。相位延遲可以改變光的偏振態(tài)(從線(xiàn)偏振光變成橢圓偏振光，或者圓偏振光變成線(xiàn)偏振光)。波片通常用透明的雙折射晶體制作(云母，石英晶體，氟化鎂等)。

2、波片在光彈力學(xué)、光學(xué)精密測(cè)量、生物醫(yī)學(xué)等光學(xué)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。波片的相位延遲是波片對(duì)光源的偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制的重要參數(shù)，其精確度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)精確度等技術(shù)參數(shù)有至關(guān)重要的作用。

3、目前，波片的檢測(cè)技術(shù)有很多種，比如干涉法、相位補(bǔ)償法、光譜法等?，F(xiàn)有的技術(shù)能夠?qū)Σㄆ墓鈱W(xué)性質(zhì)進(jìn)行精確的檢測(cè)。但是有些技術(shù)通常只能給出波片某個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的參數(shù)，然后利用色散方程計(jì)算其他波長(zhǎng)的參數(shù)值，難以在一次測(cè)量中檢測(cè)得出波片的參數(shù)。激光頻率分裂法是一種檢測(cè)精度很高的技術(shù)，當(dāng)前的波片相位延遲檢測(cè)的國(guó)標(biāo)就是基于這種方法，但處理數(shù)據(jù)時(shí)比較復(fù)雜，對(duì)操作技術(shù)要求較高。

4、目前有專(zhuān)利號(hào)為201610029435.8的在先專(zhuān)利，其公開(kāi)一種波片測(cè)量裝置，該裝置包括光源、起偏臂、用于放置待測(cè)波片的樣品臺(tái)、檢偏臂和探測(cè)模塊；所述起偏臂、待測(cè)波片和檢偏臂的中心在同一條直線(xiàn)上，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏臂起偏和調(diào)制后得到調(diào)制偏振光，調(diào)制偏振光經(jīng)過(guò)待測(cè)波片耦合波片的信息后經(jīng)檢偏臂后調(diào)制和檢偏，最后被探測(cè)模塊接收。該發(fā)明利用穆勒矩陣建立波片特征參數(shù)與穆勒矩陣元素之間的關(guān)系，采用穆勒矩陣橢偏儀測(cè)量待測(cè)波片的穆勒矩陣光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)一步獲得待測(cè)波片的特征參數(shù)光譜數(shù)據(jù)。

5、該方法的不足之處在于每次需要用三個(gè)波片，調(diào)整三個(gè)相對(duì)光軸角度，耦合出波片的信息，操作繁瑣，計(jì)算麻煩，誤差大。

6、所以欲發(fā)明一種操作簡(jiǎn)單，可以根據(jù)單個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量出相關(guān)信息，操作方便，數(shù)據(jù)處理更為簡(jiǎn)單的測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種波片測(cè)量裝置及測(cè)量求解方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種波片測(cè)量裝置，所述的波片測(cè)量裝置包括光源、起偏模塊、用于放置待測(cè)波片的樣品臺(tái)、檢偏模塊及探測(cè)模塊，以上裝置從左至右依次設(shè)置，且每個(gè)模塊的中心位于同一水平高度，相鄰兩個(gè)模塊之間留有間隔距離，且起偏模塊、待測(cè)波片、檢偏模塊之間保持相互平行狀態(tài)；所述的樣品臺(tái)上放置一個(gè)待測(cè)波片。

3、優(yōu)選的，所述的光源為單波長(zhǎng)光源或復(fù)色光源。

4、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的起偏模塊和檢偏模塊均采用偏振片，且與所述光源相互對(duì)應(yīng)，即根據(jù)光源的波長(zhǎng)選擇相對(duì)應(yīng)的偏振片。

5、優(yōu)選的，所述的起偏模塊的光軸角度θ1固定不變，視為0°，所述的檢偏模塊的光軸與待測(cè)波片的光軸夾角為θ2。

6、一種波片測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的測(cè)量求解方法，其測(cè)量求解步驟如下：

7、a、組裝好波片測(cè)量裝置，以起偏模塊的光軸方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，光軸角度θ1為0°；

8、b、暗場(chǎng)調(diào)試步驟，放入待測(cè)波片前，固定起偏模塊保持光軸角度θ1不變，旋轉(zhuǎn)檢偏模塊，檢偏模塊的光軸與基準(zhǔn)之間的夾角為θ2’，當(dāng)θ1與θ2’夾角為90°時(shí)，即探測(cè)模塊讀取到i數(shù)值最小時(shí)為暗場(chǎng)環(huán)境；

9、c、將待測(cè)波片放至暗場(chǎng)內(nèi)的樣品臺(tái)上，檢偏模塊的光軸與波片的光軸之間的夾角為θ2，旋轉(zhuǎn)檢偏模塊，到探測(cè)模塊測(cè)得的功率p數(shù)值為最大時(shí)，此時(shí)θ2為0°；

10、d、θ1保持0°不變，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏模塊，記錄θ2的值、探測(cè)模塊記錄所接收到的光強(qiáng)值i；

11、e、重復(fù)步驟d，至少記錄兩組不同的θ2的值、光強(qiáng)值i；

12、f、將記錄的至少兩組數(shù)據(jù)帶入至公式

13、

14、進(jìn)行求解，即可得出待測(cè)波片的特征參數(shù)中的相位延遲量δ、快軸方位角

15、g、旋轉(zhuǎn)檢偏模塊測(cè)得光強(qiáng)值的最大值imax和最小值imin；

16、h、將步驟g中測(cè)得的imax、imin帶入至公式

17、

18、進(jìn)行求解，即可得出待測(cè)波片的特征參數(shù)中的線(xiàn)偏度。

19、i、保持起偏模塊和檢偏模塊不動(dòng)，條件相同時(shí)，分別記錄放入波片時(shí)候檢測(cè)模塊測(cè)得的功率p1和沒(méi)有波片時(shí)候的功率p0；

20、j、將步驟i中測(cè)得的p1、p0帶入至公式

21、

22、進(jìn)行求解，即可得出待測(cè)波片的特征參數(shù)中的透過(guò)率。

23、優(yōu)選的，所述的檢測(cè)模塊內(nèi)有功率計(jì)，所述的光強(qiáng)值i根據(jù)功率計(jì)測(cè)得數(shù)值p轉(zhuǎn)化而來(lái)，功率值p越大，光強(qiáng)值i越高。

24、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，光強(qiáng)值的轉(zhuǎn)化公式

25、

26、公式中，為第n次記錄的θ2對(duì)應(yīng)測(cè)得的功率，p總為n次記錄的θ2對(duì)應(yīng)測(cè)得的功率的總和。

27、作為再進(jìn)一步優(yōu)選的，單波長(zhǎng)光源和復(fù)色光光源下，待測(cè)波片的相位延遲量δ是不同的表達(dá)形式，單波長(zhǎng)光源下，待測(cè)波片的相位延遲量為步驟f中直接通過(guò)公式(1)求得的固定值；復(fù)色光光源下待測(cè)波片的相位延遲量的求解方式為：

28、測(cè)量前記錄光場(chǎng)的空間位置x，為復(fù)色光光源的波長(zhǎng)頻率u，帶入至如下公式求得復(fù)色光光源下的待測(cè)波片的相位延遲量δ：

29、

30、公式中，其中為四維維格納分布函數(shù)的一階頻率條件矩；w(x,u)為四維維格納分布函數(shù)，x為光場(chǎng)的空間位置，u為復(fù)色光的波長(zhǎng)頻率；

31、將求出的相位延遲量δ帶入至步驟f中的公式(1)中即可得出，復(fù)色光光源下的待測(cè)波片的快軸方位角

32、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用光在經(jīng)過(guò)偏振片以及波片后偏振態(tài)發(fā)生的變化，不需要借助于調(diào)制偏振光經(jīng)過(guò)待測(cè)波片耦合波片的信息后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，只需在光路中放入待測(cè)波片固定位置即可，這要比現(xiàn)有方法而言測(cè)量簡(jiǎn)單直接、不用建立波片的等效模型。非接觸式測(cè)量方法不會(huì)引入待測(cè)波片面型變化帶來(lái)的應(yīng)力信息導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差，同時(shí)具還有以下優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量靈敏，操作簡(jiǎn)單，讀取數(shù)據(jù)速度高，誤差小。對(duì)于待測(cè)波片的尺寸沒(méi)有具體要求，用更加簡(jiǎn)便的操作方式能夠得到所需的波片特征參數(shù)。

33、本發(fā)明能夠在一次測(cè)量中獲得任意波片的所有特征參數(shù)數(shù)據(jù)，包括相位延遲量、快軸方位角、透過(guò)率、線(xiàn)偏度等。

技術(shù)特征：

1.一種波片測(cè)量裝置，其特征在于所述的波片測(cè)量裝置包括光源、起偏模塊、用于放置待測(cè)波片的樣品臺(tái)、檢偏模塊及探測(cè)模塊，以上裝置從左至右依次設(shè)置，且每個(gè)模塊的中心位于同一水平高度，相鄰兩個(gè)模塊之間留有間隔距離，且起偏模塊、待測(cè)波片、檢偏模塊之間保持相互平行狀態(tài)；所述的樣品臺(tái)上放置一個(gè)待測(cè)波片。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波片測(cè)量裝置，其特征在于所述的光源為單波長(zhǎng)光源或復(fù)色光源。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種波片測(cè)量裝置，其特征在于所述的起偏模塊和檢偏模塊均采用偏振片，且與所述光源相互對(duì)應(yīng)，即根據(jù)光源的波長(zhǎng)選擇相對(duì)應(yīng)的偏振片。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波片測(cè)量裝置，其特征在于所述的起偏模塊的光軸角度θ1固定不變，視為0°，所述的檢偏模塊的光軸與待測(cè)波片的光軸夾角為θ2。

5.一種由權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種波片測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的測(cè)量求解方法，其測(cè)量求解步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種波片測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的測(cè)量求解方法，其特征在于所述的檢測(cè)模塊內(nèi)有功率計(jì)，所述的光強(qiáng)值i根據(jù)功率計(jì)測(cè)得數(shù)值p轉(zhuǎn)化而來(lái)，功率值p越大，光強(qiáng)值i越高。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種波片測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的測(cè)量求解方法，其特征在于光強(qiáng)值的轉(zhuǎn)化公式

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種波片測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的測(cè)量求解方法，其特征在于單波長(zhǎng)光源和復(fù)色光光源下，待測(cè)波片的相位延遲量δ是不同的表達(dá)形式，單波長(zhǎng)光源下，待測(cè)波片的相位延遲量為步驟f中直接通過(guò)公式(1)求得的固定值；復(fù)色光光源下待測(cè)波片的相位延遲量的求解方式為：

技術(shù)總結(jié)
一種波片測(cè)量裝置及測(cè)量求解方法，所述的波片測(cè)量裝置包括光源、起偏模塊、用于放置待測(cè)波片的樣品臺(tái)、檢偏模塊及探測(cè)模塊，以上裝置從左至右依次設(shè)置，且每個(gè)模塊的中心位于同一水平高度，相鄰兩個(gè)模塊之間留有間隔距離，且起偏模塊、待測(cè)波片、檢偏模塊之間保持相互平行狀態(tài)；所述的樣品臺(tái)上放置一個(gè)待測(cè)波片。本發(fā)明能夠在一次測(cè)量中獲得任意波片的所有特征參數(shù)數(shù)據(jù)，包括相位延遲量、快軸方位角、透過(guò)率、線(xiàn)偏度等。

技術(shù)研發(fā)人員：丁曉宇,程北
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江百盛光電股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10