申请/专利权人：北京奥博泰测控技术有限公司;北京奥博泰科技有限公司

申请日：2024-01-09

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN117553927B

主分类号：G01J9/02

分类号：G01J9/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2024.03.01#实质审查的生效;2024.02.13#公开

摘要：本发明公开的一种宽光谱、大量程的高精度双折射相位差测量装置，属光学测试技术领域。本发明包括可调输出波长的LED光源、汇聚透镜，起偏器、消色差14波片、成像镜头、探测器、电动旋转台和控制单元。通过可调输出波长的LED光源与消色差14波片配套使用，能够在宽光谱的范围内进行测量；通过调整消色差14波片快慢轴与线偏振片偏振方向、被测样品快慢轴的相对角度，以及各偏振器件绕透光轴旋转的角度，实现工作模式在圆偏光模式、暗场亮场模式与补偿模式之间切换，并给出3种测量模式的对应算法，通过切换3种模式，实现大量程、高精度测量。本发明能够实现宽光谱、大量程、高精度的双折射相位差测量，适用于光学玻璃、波片等材料。

主权项：1.一种采用宽光谱、大量程的高精度双折射相位差测量装置测量双折射相位差的方法，其特征在于：所述装置包括可调输出波长的LED光源、成像镜头、起偏器、消色差14波片、被测样品、探测器、电动旋转台和控制单元；可调输出波长的LED光源发出的光依次经过成像镜头、起偏器、消色差14波片和被测样品后，被探测器采集；起偏器和消色差14波片置于电动旋转台上；控制单元用于自动控制电动旋转台的旋转角度与探测器的采集；通过可调输出波长的LED光源与消色差14波片配套使用，能够在宽光谱的范围内进行测量；通过调整消色差14波片快慢轴与起偏器偏振方向、被测样品快慢轴的相对角度，以及各偏振器件绕透光轴旋转的角度，实现工作模式在圆偏光模式、暗场亮场模式与补偿模式之间切换，从而实现大量程、高精度双折射相位差测量；所述的可调输出波长LED光源，输出400nm～700nm的光；所述的成像镜头将测量光束汇聚到探测器像面；所述的起偏器能够绕透光轴旋转，其消光比不小于1000:1；所述的消色差14波片能够绕透光轴旋转，对各个波长的光都能够施加±π2的延迟量；所述探测器为偏振相机，各个区域的偏振方向沿顺时针依次相差45°，采集偏振方向为0°、45°、90°、135°的光强I0，I45，I90，I135；当所述装置的工作模式处于圆偏光模式下，起偏器方向与消色差14波片的快慢轴成45°；双折射相位差的测量范围为-π2～π2，高精度测量区间为-π3～π3，并且在-π～π内准确判断出样品的相位差符号；偏振相机各区域接收到的光强Iγ为： 式中：I初—入射光强，γ—偏振相机各区域的偏振方向与垂直方向的夹角，φ—被测样品双折射相位差，β—样品应力方向与垂直方向的夹角；式（1）中的±号与圆偏光的旋向有关，根据实际光路标定；偏振相机同时采集I0，I45，I90，I135四个光强；根据采集的光强，计算出样品的双折射相位差；当所述装置的工作模式处于暗场亮场模式，起偏器与偏振相机某些区域的偏振方向垂直和平行；暗场亮场模式的测量范围为-π～π，高精度测量范围为π6～5π6与-π6～-5π6，包括：步骤一、起偏器方向与消色差14波片的快慢轴成45°；偏振相机同时采集I0，I45，I90，I135四个光强，根据式（1）得到双折射相位差符号；步骤二、起偏器方向与消色差14波片的快慢轴平行；暗场下和亮场下，与起偏器偏振方向成90°和0°的相机区域采集的光强Iγ和Iγ´分别为式（2）与式（3）： 式中：ω—起偏器、消色差14波片同步旋转角度；起偏器偏振方向的初始位置垂直于水平面，起偏器与消色差14波片同步旋转，每旋转45°偏振相机采集一帧，取与起偏器成90°和成0°的相机区域所采集的光强数据，起偏器共转过135°，依次得到暗场下I0，I45，I90，I135四个光强，以及亮场下I90´，I135´，I0´，I45´四个光强，上述光强的下角标代表每次旋转后所记录光强的相机区域，根据记录的光强，按照式（2）与式（3）获得样品双折射相位差绝对值；步骤三、步骤一得到的双折射相位差符号和步骤二双折射相位差绝对值相结合，得到双折射相位差；当所述装置的工作模式处于补偿模式，所述测量双折射相位差的方法包括：步骤一、起偏器方向与消色差14波片的快慢轴平行；暗场下和亮场下，与起偏器偏振方向成90°和0°的相机区域采集的光强Iγ和Iγ´分别为式（2）与式（3）；起偏器偏振方向的初始位置垂直于水平面，起偏器与消色差14波片同步旋转，每旋转45°偏振相机采集一帧，取与起偏器成90°和成0°的相机区域所采集的光强数据，起偏器共转过135°，依次得到暗场下I0，I45，I90，I135四个光强，以及亮场下I90´，I135´，I0´，I45´四个光强，上述光强的下角标代表每次旋转后所记录光强的相机区域，根据记录的光强，按照式（2）与式（3）计算获得补偿前样品双折射相位差估计值，此时求出的双折射相位差估计值存在“多值”问题；步骤二、消色差14波片的快慢轴与被测样品的快慢轴平行；把被测样品与消色差14波片组合，形成组合样品，按照式（4）得到组合样品的双折射相位差φ´： 根据式（4）将-2π～2π范围内的被测样品的双折射相位差φ补偿到暗场亮场模式的高精度区间：π6～5π6或-π6～-5π6或7π6～11π6或-7π6～-11π6，后两个区间分别为暗场亮场模式在π～2π与-π～-2π之间的高精度测量区间；步骤三、暗场下和亮场下，与起偏器偏振方向成90°和0°的相机区域采集的光强Iγ和Iγ´分别为式（5）与式（6）： 式中：ω1—起偏器旋转角度；起偏器偏振方向的初始位置垂直于水平面，旋转起偏器，每旋转45°偏振相机采集一帧，取与起偏器成90°和成0°的相机区域所采集的光强数据，起偏器共转过135°，依次得到暗场下I0，I45，I90，I135四个光强，以及亮场下I90´，I135´，I0´，I45´四个光强，上述光强的下角标代表每次旋转后所记录光强的相机区域；根据记录的光强，按照式（5）与式（6）获得补偿后组合样品的双折射相位差φ´，并与按照式（2）与式（3）获得的补偿前被测样品的双折射相位差估计值相对比，判断出被测样品相位差所处的区间；步骤四、根据式（4）将组合样品双折射相位差φ´去除消色差14波片的双折射相位差，最终获得被测样品的双折射相位差φ。

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