[发明专利]测量各向异性物质的物理参数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及于一种共光程外差干涉术，更特别涉及一种测量各向异性物质的物理参数的外差干涉术。

背景技术

有许多种用来做光学及非接触式测量的干涉术及干涉仪，然而大部分的干涉术或干涉仪并非为共光程的结构。一般来说，非共光程的结构具有下列的问题：

(1)在非共光程的结构中，参考光束与测试光束之间的光程差必须是在相干长度内。此外，当光程差增加时，干涉信号的对比将会减小。

(2)在非共光程的结构中，两个光束的环境应该要严格地控制。举例来说，气流的扰动以及外部的振动应该要避免。另外，室内环境的压力、温度与湿度亦需要稳定及有效率的控制。

(3)干涉图案的分析也是较为复杂、麻烦以及较低的精确性。

而外差干涉术则是利用干涉信号的相位而不是振幅来测量物理参数。因此，在干涉过程中光强度的变化并不会影响测量结果，所要测量的物理参数可利用干涉信号的相位来实时地取出，这是外差干涉术非常特别的特性。然而，若外差干涉术未使用共光程的结构，仍然会有上述(1)与(2)的缺点，且测量的精确度会降低。

参考图1，美国专利第5,946,096号提出了一种全反射外差干涉术，用来测量各向同性物质的折射率。外差光源11产生了两道彼此相互正交且频率略微不同的线性偏振光，这两道光束通过分光镜12后，成为反射光束与透射光束。反射光束会通过线性偏光的检偏片16，并由光检测器18来检测。而在另一方面，透射光束会通过棱镜13，而后在待测物质15的边界产生全反射，此全反射的信号光束会通过线性偏光的检偏片17，并由光检测器19来检测。而后，由光检测器18与19所检测得到的信号被送至相位计110，再经计算机111做若干的计算，以得到待测物质15的折射率，最后的结果显示在显示器112上。

然而，美国专利第5,946,096号所揭露的方法仅可测量各向同性物质的物理参数，对于各向异性物质的物理参数则无法测量。

发明内容

本发明提供一种利用透射式外差干涉术测量各向异性物质的物理参数的装置及方法。

于第一实施例中，本发明的利用透射式外差干涉术测量各向异性物质的物理参数的装置包含光源，用以产生高偏振度的光束。由光源所射出的光束可视情况通过线性偏光的起偏片，以得到更高偏振度的光束。光束接着会通过电光调制器，此电光调制器与驱动器连接并受其驱动及控制。驱动器另与信号产生器连接，使得电光调制器能够按照所要的模式为驱动器所驱动，藉以调制通过电光调制器的光束，以产生所要的外差光束。另外，信号产生器还会传送参考信号至相位计或者是锁相放大器。

激光束经电光调制器的调制后，会产生两道彼此相互正交且频率略微不同的线性偏振光，两者频率的差与由信号产生器所传送出的参考信号的频率相等。此两相互正交的光束会先通过各向异性的待测物质，例如是扭转向列液晶盒，然后再通过线性偏光的检偏片，最后到达光检测器。相位计或锁相放大器接收由光检测器所传送来的干涉信号，并与由信号产生器所传送来的参考信号做比较，以得到两者的相位差。另外，旋转平台则被设置成用来使待测物质能够相对于测试光束做旋转，以在不同的旋转角度下，比较干涉信号与参考信号以得到所要的电信号差。这些电信号差的数据被送至计算器，以计算得到待测物质的相关物理参数。

于第二实施例中，本发明的利用透射式外差干涉术测量各向异性物质的物理参数的装置大体上与第一实施例的装置相同，亦包含有电光调制器、信号产生器、驱动器、检偏片、光检测器、相位计/锁相放大器、计算器以及旋转平台。与第一实施例不同的是，本实施例的光源使用二极管激光器，而起偏片则改为半波片。除此之外，二极管激光器还与激光器二极管稳压器电连接，以使激光器的输出能够稳定。由二极管激光器所射出的激光束，还利用准直透镜聚为平行光，并再通过设于准直透镜下游的可调光圈，以滤除掉不需要的边缘光。接着激光束再通过半波片，此后本实施例的装置的测量原理与第一实施例的装置的测量原理相同。