专利名称：波片相位延迟光谱特性的测量方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明属于偏振光学检测领域，特别是一种波片相位延迟光谱特性的测量方法及
>J-U ρ α装直。
背景技术：
波片常用作椭偏测量或光学测量中光信号偏振态的变换器件。波片的相位延迟误差会对测量结果产生很大的影响。因此，在制作和使用波片的过程中，经常需要精确测量波片的相位延迟光谱特性。例如在旋转双补偿器式广谱椭偏仪(PCSCA型椭偏仪)中，两个补偿器Cl、C2延迟量的精确定标是实现高精度测量的前提，两个旋转补偿器的工作波长范围对整机特性有重要影响。众所周知，虽然PCSCA型椭偏仪中的旋转补偿器Cl和C2设计为宽带1/4波片，但实际的宽带1/4波片在所考虑的带宽范围内，其相位延迟量并不总是严格的90°，而是有一定的误差范围；以氟化镁复合的零级波片为例，在光谱范围为200 IOOOnm时，该波片的相位延迟量就在60° 130°范围内起伏变化。在PCSCA型椭偏仪的设计制造过程中，首先需要进行的步骤就是对其中的两个补偿器Cl和C2进行定标和自校准，即准确测定两个补偿器在每个波长处的相位延迟，以消除光谱仪接收端定标不准确带来的系统误差。通常采用的定标方式如文献[R.W.Collins andJ.Koh, J.0pt.Soc.Am.A, 16，1997(1999)]所述，即首先测量CCD像元的输出光电流，然后对其做傅立叶分析，分别求解 其中的各个傅立叶系数，然后套用一定的公式求得椭偏仪中各补偿器的相位延迟量。但是，该方案受所用傅立叶变换分析仪的测量波长范围限制(该仪器通常应用在红外波段)，误差来源多且求解过程相对复杂。当然也可以采用其它的仪器(如其它商用椭偏仪)对旋转双补偿器式椭偏仪的两个补偿器分别进行测量，然后再进行装配，这种方案的最大问题是补偿器的相位延迟谱特性受所用椭偏仪的测量光谱范围制约，而且过程更为复杂。测量波片相位延迟的方法有很多种，但往往只适用于测量某一特定单色波长下的波片相位延迟量，不能同时测量多波长情况下波片的相位延迟光谱特性。而有的测量方法，能够、但只能够测量单个波片的相位延迟光谱特性，不能同时测量两个待测波片的相位延迟光谱特性。中国专利CN1743796和CN100340838C等虽然均能够一次同时读取多波长的测量数据，但无法同时测量两个波片的相位延迟光谱特性。中国专利0附632501、0吧01032473￥和0附0258985(^等的方法还需要通过单色仪每次选择单个波长，进行单个待测波片的特性测量，在要求测量的易操作性、以及测量速度的场合更为受限。中国专利(申请号:201110344206，专利名称:宽带波片及实现相位延迟相等的方法和偏振控制器)，该专利的内容是如何利用色散元件将宽频光谱在空间上分开并实现在宽频带范围内得到相等的相位延迟，以及如何利用这种宽波片组合成偏振控制器，丝毫不涉及宽带波片相位延迟光谱特性的测量问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种波片相位延迟光谱特性的测量方法及装置，它属于非接触测量，能够在宽光谱范围内同时自动测量两个未知波片相位延迟谱；使用方便高效，既可用于测量旋转双补偿器式广谱椭偏仪中两个旋转波片的相位延迟光谱特性，消除其定标不准确带来的系统误差；又可用于实际生产及研究工作中同时进行两个未知波片的相位延迟量光谱特性的直接定标，并且测量结果不受光源和探测器光谱特性的影响。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，包括一个宽带光源，其出射的多波长连续光依次通过准直器、起偏器、第一待测波片、第二待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收，接收后将数据传输给数据采集卡，数据采集卡的数据传输给计算机，所述第一待测波片和第二待测波片安装在手动控制的精密转台上。一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，包括一个宽带光源，其出射的多波长连续光依次通过准直器、起偏器、第一待测波片、第二待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收；所述第一待测波片和第二待测波片均与同一电机连接、或与两个电机分别连接；所述多波长光电探测器接收的数据上传到数据采集卡中，数据采集卡将数据传输给计算机，计算机连接电机。所述光源为输出特性稳定的连续谱光源，该光源的光谱范围能覆盖待测波片的相位延迟光谱特性范围。所述准直器采用由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成的光纤准直器，用于将宽带光源发出的光转变成准直光。所述起偏器和检偏器均采用二向色性起偏器或双折射起偏器中的一种。所述的两个待测波片为延迟范围为0° 180°的零级波片，尤其是宽带零级波片，为由晶体材料或聚合物材料制作的真零级波片或复合零级波片。所述分光器可采用分光棱镜或光栅等符合要求的色散型分光器，用于将多波长复合光束的波长展开，并将展开的各波长信号送入多波长光电探测器来检测。所述的多波长光电探测器为多波长光电二极管阵列、光电倍增管阵列或CCD(Charge-coupled Device)线阵或面阵传感器,优选为CCD线阵或面阵传感器,用于将探测到的多波长光电流信号经数据采集卡传至计算机进行数据处理。所述电机及电机驱动器选用伺服电机、永磁式步进电机或反应式步进电机及其相应的驱动器。所述第一待测波片和第二待测波片通过手动旋转或由电机带动旋转。所述计算机通过数据采集卡发出脉冲信号经电机驱动器调整电机的旋转状态。一种波片相位延迟光谱特性的测量装置所采用的测量方法，主要包括如下步骤:步骤一:调节第一待测波片的快轴方向与起偏器和检偏器平行，第二待测波片的快轴方向与第一待测波片垂直；
步骤二:开启宽带光源，出射的连续波长的平行光束依次通过准直器、起偏器、第一和第二待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收；计算机通过分析数据采集卡采集的数据控制电机带动两个待测波片以相同角速度w同向旋转；步骤三:将待测波片相对于起始位置的若干个绝对旋转角度下的光电流值采集过来，通过由相位延迟量公式和测量系统整体性能公式求出任意波长λ处第一待测波片的相位延迟量S1、第二待测波片的相位延迟量δ2，以及表征该波长处测量系统整体性能的参数Π，进而得到两个待测波片的相位延迟光谱特性；步骤四:根据所述测量装置的测量波长范围内的所有δρ 62和η数据，画出相应的δ^λ)、δ2(λ)和η(λ)曲线，最后对所获得的曲线进行去“毛刺”的平滑处理，进一步减小误差。所述步骤三的具体步骤为:将待测波片相对于起始位置的绝对旋转角度记作α且有a =wt, t = O的起始时刻对应于α =0,每旋转角度步长Δ Θ ,其中0<ΔΘ<;η/4;数据采集卡采集一次光电流并传给计算机，这样当电机带动待测波片旋转一周时，在每个波长处均得到至少八组光电流数据；由于在系统性能稳定的情况下，光电流I U )关于自变量α是周期为n的周期函数；所以在任一波长处，均着重考虑α取几个特殊角度，所述特殊角度是α = k 31 , k 31 + 31 /4, k 31 + 31 /2, k 31 + 331/4处光电流I的值，k为整数且k > 0，然后由相位延迟量公式和测量系统整体性能公式求出任意波长处第一待测波片的相位延迟量S1、第二待测波片的相位延迟量δ2，以及表征该波长处测量系统整体性能的参数Π，进而得到两个待测波片的相位延迟光谱特性。所述步骤三中的第一待测波片的相位延迟量S1、第二待测波片的相位延迟量δ 2，以及表征该波长处测量系统整体性能的参数Π，如下列公式所示；
权利要求
1.波片相位延迟光谱特性的测量方法，其特征是，主要包括如下步骤: 步骤一:调节第一待测波片的快轴方向与起偏器和检偏器平行，第二待测波片的快轴方向与第一待测波片垂直； 步骤二:开启宽带光源，出射的连续波长的平行光束依次通过准直器、起偏器、第一和第二待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收；计算机通过分析数据采集卡采集的数据控制电机带动两个待测波片以相同角速度W同向旋转； 步骤三:将待测波片相对于起始位置的若干个绝对旋转角度下的光电流值采集过来，通过由相位延迟量公式和测量系统整体性能的公式求出任意波长λ处第一待测波片的相位延迟量S1、第二待测波片的相位延迟量δ2，以及表征该波长处测量系统整体性能的参数Π，进而得到两个待测波片的相位延迟光谱特性； 步骤四:根据所述测量装置的测量波长范围内的所有62和η数据，画出相应的δ^λ)、δ2(λ)和η (λ)曲线，最后对所获得的曲线进行去“毛刺”的平滑处理，进一步减小误差。
2.如权利要求1所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量方法，其特征是，所述步骤三的具体步骤为:将待测波片相对于起始位置的绝对旋转角度记作α且有a =wt，t = O的起始时刻对应于a =O ;每旋转角度步长Λ Θ，其中O < Λ Θ < Ji /4，数据采集卡采集一次光电流并传给计算机，这样当电机带动待测波片旋转一周时，在每个波长处均得到至少八组光电流数据；由于在系统性能稳定的情况下，光电流I (α)关于自变量α是周期为π的周期函数；所以在任一波长处，均着重考虑α取几个特殊角度时光电流I的值，所述特殊角度是Ct = k 31 , k 31 + 31 /4, k 31 + 31 /2, k 31 + 3π/4,其中k为整数且k彡O,然后由相位延迟量公式和测量系统整体性能的公式求出任意波长处第一待测波片的相位延迟量S1、第二待测波片的相位延迟量δ2，以及表征该波长处测量系统整体性能的参数η，进而得到两个待测波片的相位延迟光谱特性。
3.如权利要求1所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量方法，其特征是，所述步骤三中的第一待测波片的相位延迟量S1、第二待测波片的相位延迟量δ2，以及表征该波长处测量系统整体性能的参数Π，如下列公式所示；
4.一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，其特征是，包括一个宽带光源，其出射的多波长连续光依次通过准直器、起偏器、第一待测波片、第二待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收，接收后将数据传输给数据采集卡，数据采集卡的数据传输给计算机，所述第一待测波片和第二待测波片安装在手动控制的精密转台上。
5.一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，包括一个宽带光源，其出射的多波长连续光依次通过准直器、起偏器、第一待测波片、第二待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收；所述第一待测波片和第二待测波片均与同一电机连接，或与两个电机分别连接；所述多波长光电探测器接收的数据上传到数据采集卡中，数据采集卡将数据传输给计算机，计算机控制电机。
6.如权利要求4或5所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，其特征是， 所述的两个待测波片为延迟范围为0° 180°的零级波片，所述零级波片为由晶体材料或聚合物材料制作的真零级波片或复合零级波片。
7.如权利要求4或5所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，其特征是， 所述准直器采用由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成的光纤准直器，用于将宽带光源发出的离散光转变成准直光；所述起偏器和检偏器均采用二向色性起偏器或双折射起偏器中的一种；所述分光器米用分光棱镜或光栅色散型分光器，用于将多波长复合光束的波长展开，并将展开的各 波长信号送入多波长光电探测器来检测。
8.如权利要求4或5所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，其特征是， 所述宽带光源为输出特性稳定的连续谱光源，该光源的光谱范围能覆盖所需测量的波片相位延迟光谱特性范围。
9.如权利要求4或5所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，其特征是， 所述多波长光电探测器为多波长光电二极管阵列、光电倍增管阵列或CCD线阵或面阵传感器，优选为CCD线阵或面阵传感器，用于将探测到的各波长光电流信号经数据采集卡传至计算机进行数据处理。
10.如权利要求5所述的一种波片相位延迟光谱特性的测量装置，其特征是， 所述电机选用伺服电机、永磁式步进电机或反应式步进电机的电机及其相应的驱动器；所述计算机通过数据采集卡发出脉冲信号经电机驱动器调整电机的旋转状态。
全文摘要
本发明公开了一种波片相位延迟光谱特性的测量方法及装置，包括一个宽带光源，其出射的连续光依次通过准直器、起偏器、两个待测波片、检偏器和分光器后，经多波长光电探测器接收；两个待测波片都与电机连接，多波长光电探测器接收的数据上传到数据采集卡中，数据采集卡将数据传输给计算机，计算机连接电机。本发明的测量方法能够在宽光谱范围内同时自动测量两个未知波片的相位延迟光谱特性，既可用于测量旋转双补偿器式广谱椭偏仪中两个旋转波片的相位延迟光谱特性，消除其定标不准确带来的系统误差；又可用于实际生产及研究工作中同时进行两个未知波片的相位延迟量光谱特性的直接定标，并且测量结果不受光源和探测器光谱特性的影响。
文档编号G01M11/02GK103196658SQ20131013888
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者张璐 申请人:山东大学