[发明专利]相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置和方法

权利要求书

1.一种相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特征在于该装置由准直光源(1)、圆起偏器(2)、衍射分束元件(4)、四分之一波片(5)、检偏器阵列(6)、CCD图像传感器(7)和具有图像采集卡的计算机(8)组成，上述元部件的位置关系如下：

所述的检偏器阵列(6)由四个透振方向依次相差45°的第一检偏器(61)、第二检偏器(62)、第三检偏器(63)、第四检偏器(64)组成，与所述的四分之一波片(5)处于同一个子光路中的检偏器为第一检偏器（61），所述的第一检偏器(61)的透振方向与所述的四分之一波片(5)的快轴方向分别成45°或135°，沿所述的准直光源（1）的光束前进方向上，依次是所述的圆起偏器（2）和衍射分束元件（4），该衍射分束元件（4）将入射光束分成四个子光束，其中一个子光束经四分之一波片（5）后被第一检偏器(61)进行检偏，另外三个子光束直接被第二检偏器(62)、第三检偏器(63)和第四检偏器(64)检偏，所述的图像传感器（7）的输出端与所述的计算机（8）的输入端连接，在所述的圆起偏器（2）和偏振分束元件（4）之间设置待测样品(3)的插口。

2.根据权利要求1所述的相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特征在于准直光源（1）为He-Ne激光器。

3.根据权利要求1所述的相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特征在于所述的圆起偏器（2）为利用方解石晶体和石英晶体制作成的消光比优于10^-3的圆起偏器。

4.根据权利要求1所述的相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特征在于所述的衍射分束元件（4）为正交振幅光栅、正交相位光栅或达曼光栅，利用衍射效应将入射光进行分束并获得四个光强度相等子光束。

5.根据权利要求1所述的相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特征在于所述的标准四分之一波片（5）为零级石英波片。

6.根据权利要求1所述的相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特征在于所述的第一检偏器(61)、第二检偏器(62)、第三检偏器(63)和 第四检偏器(64)均为消光比优于10^-3的偏振片。

7.利用权利要求1所述的测量装置进行相位延迟量分布和快轴方位角分布的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①将待测样品（3）插入所述的圆起偏器（2）和衍射分束元件（4）之间的插口并调整光路，使光束垂直通过待测样品（3）；

②启动所述的准直光源（1）、CCD图像传感器（7）和计算机（8），所述的CCD图像传感器（7）接收四个子光束产生的图像并输入所述的计算机（8），该计算机（8）将图像分割为四个子图像，并将四个子图像以同样的方法像素化并建立相同的坐标系，将待测样品（3）的矩阵化并建立与子图像相同的坐标系，待测样品（3）上一个矩阵单元(x,y)在四个子图像中对应的光强分别为I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)和I₄(x,y)，对所述的图像进行数据处理，输出待测样品（3）的相位延迟量分布和快轴方位角分布。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于所述的计算机（8）对所述的图像进行数据处理的具体方法如下；

当所述的测量装置的第一检偏器(61)的透振方向与所述的四分之一波片(5)的快轴方向分别成45°时，所述的计算机（8）进行步骤③④的处理：

③所述的计算机（8）对所述的待测样品（3）上的矩阵单元(x,y)对应的光强I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)和I₄(x,y)进行下列运算并定义：

其中：δ(x,y)为矩阵单元(x,y)的相位延迟量；θ(x,y)为矩阵单元(x,y)的快轴方位角，

经过下列计算得到待测样品（3）上该矩阵单元(x,y)的相位延迟量δ(x,y)在0～180°范围内的值： 

当时，则

当 时，则δ(x,y)＝arccos(V₃(x,y))，

当时，则 

经过下列计算得到待测样品（3）上该矩阵单元(x,y)的快轴方位角θ(x,y)在-90°～90°范围内的值：

当V₂(x,y)＜0&V₁(x,y)≤0时，则 

当V₂(x,y)＞0时，则

当V₂(x,y)＜0&V₁(x,y)＞0时，则 

④依次改变矩阵单元(x,y)的坐标值x、y和相应的光强I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)和I₄(x,y)，重复步骤③的计算，直至所有的矩阵单元(x,y)计算后，即获得了待测样品（3）的相位延迟量分布矩阵和快轴方位角分布矩阵；

当所述的测量装置的第一检偏器(61)的透振方向与所述的四分之一波片(5)的快轴方向分别成135°时，所述的计算机（8）进行步骤⑤⑥的处理：

⑤所述的计算机（8）对所述的待测样品（3）上的矩阵单元(x,y)对应的光强I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)和I₄(x,y)进行下列运算并定义：

当时，

当 时，δ(x,y)＝arccos(V₃(x,y))，

当时， 

经过下列计算得到待测样品（3）上该矩阵单元(x,y)的相位延迟量δ(x,y) 在0～180°范围内的值；

当V₂(x,y)＜0&V₁(x,y)≤0时， 

当V₂(x,y)＞0时，

当V₂(x,y)＜0&V₁(x,y)＞0时， 

经过下列计算得到待测样品（3）上该矩阵单元(x,y)的快轴方位角θ(x,y)在-90°～90°范围内的值；

⑥依次改变矩阵单元(x,y)的坐标值x、y和相应的光强I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)和I4(x,y)，重复步骤⑤的计算，直至所有的矩阵单元(x,y)计算后，即获得待测样品（3）的相位延迟量分布矩阵和快轴方位角分布矩阵。