[发明专利]试样全偏振二向反射分布测试装置及方法

权利要求书

1.一种试样全偏振二向反射分布测试装置，包括照射光源、载物台、分析仪，其特征在于所述的照射光源由可见光光源和激光光源组成，输出无偏光和/或数个偏振态的偏振光，照射在载物台上的被试试样上；所述照射光源设计为大发散角和小发散角各1个，用于全覆盖试样和部分照射试样；所述载物台的测量臂依据设定的扫描轨迹围绕试样进行上半球空间的二维扫描，扫描方式为高强度位置的精细扫描和低强度位置的粗略扫描，扫描方式为旋转摆扫；所述的分析仪对试样全偏振态的反射光进行测量，在照射光源和分析仪偏振态配合下，通过分析仪对被试试样的旋转摆扫，实现试样材料的16元穆勒矩阵二向反射分布的测量。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述的分析仪对试样全偏振态的反射光进行测量的可见光相机或光纤光谱仪，当使用光纤光谱仪时，配备大视场和小视场探测镜头各1个，在大散射角照射、小视场接收，或小散射角照射、大视场接收的工作模式下进行测量。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述可见光光源为全谱段可见光光源，通过偏振镜组输出无偏光和3个偏振态的输出光，所述激光光源输出3个偏振态的光。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述可见光光源包括依次设置的抛物面反射镜、卤钨灯或氙灯、一次准直透镜、偏振镜组、汇聚透镜、二次准直透镜，其中一次准直透镜和汇聚透镜共同用于压缩和准直光路，从而保证偏振镜组入射的光的角度在较小的范围内，进而保证偏振镜组起偏光的质量，偏振组镜生成偏振光，二次准直透镜输出准直光，并且与汇聚透镜间的距离可调，用于生成大小不同的发散角。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，二次准直透镜工作在定焦和离焦两种模式，分别生成小发散角和大发散角照射光，所述偏振镜组包括前置镜、滤光片、相位延迟器、偏振片、后置镜，所述滤光片采用液晶可调滤光片或声光可调滤光片，所述相位延迟器采用液晶相位延迟器，通过控制液晶相位延迟器的电压，设置不同的相位延迟值，实现对光的偏振态的控制，前置镜的作用是将入射光限定在一定的入射角度范围内。

6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于：所述滤光片通过电控方式实现滤光，控制相位延迟器产生4个相位延迟量，配合滤光片生成4个偏振态的照射光。

7.根据权利要求1-6任一项所述的测试装置，其特征在于：所述激光光源包括依次设置的激光器、目镜、物镜和发散透镜，目镜和物镜构成倒置的望远镜系统，对激光器发出的光进行扩束，当需要大发散角照射，小视场接收时，使用发散透镜对激光束进行发散。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：所述旋转摆扫具体为在入射光镜像方向采用同轴圆形或椭圆形扫描由里及外，由密到疏进行扫描；扫描长轴越过天顶后，采用单侧回摆扫描。

9.根据权利要求8所述的测试装置的测量方法，其特征在于：依据扫描流程对被试品上半球空间的反射光数个偏振态光的亮度进行扫描；当采用PG模型，探测模式为无偏光入射，分析仪对S0和S1进行探测，共进行2次全周期扫描；当采用偏振光照射，分析仪进行1个全偏振探测和2个单次偏振探测，共计进行3次全周期扫描；采用全偏振态照射，分析仪分别进行S0-S1、S1、S2-S3、S3探测，共计进行4次全周期扫描；依据数据处理流程对测量的数据进行处理，形成完备的16个组元的二向反射分布及分布函数。

10.根据权利要求9的测量方法，其特征在于：S0、S1、S2、S3入射和探测分别表示无偏光、0°偏振光、45°偏振光和圆偏振光，1)当偏振二向反射分布模型为PG模型时，首先采用S0入射，S0、S1依次进行探测，经过测试后依次求解f00和f01；由f01和f00之间的比值得到偏振度，由偏振度计算复折射率，由复折射率计算穆勒矩阵；最后在穆勒矩阵的基础上叠加分布函数，形成偏振二向反射分布；2)当可见光光源方便输出无偏光，并且偏振二向反射分布认为f02、f03、f12、f13、f20、f21、f30、f31为0时，首先将入射光调整为无偏光S0，对S0和S1进行探测，分别得到f00和f01，然后采用S1入射，采用S1探测，得到f11；随后采用S2入射，分别采用S2、S3探测，得到f22和f23；接着采用S3照射S3探测的方式得到f33；最后通过填充，得到补全后的偏振二向反射特性；3)当入射光采用激光或者可见光光源不方便输出无偏光时，首先采用S2入射，分别采用S0、S1、S2、S3进行全偏振探测，得到f00、f10、f22、f32；然后采用S1和S3入射，对应S1和S3探测，得到f11和f33；最后通过填充，得到补全后的偏振二向反射特性；4)第4种测试和数据处理流程与第3中相似：首先采用S3入射，分别采用S0、S1、S2、S3进行全偏振探测，得到f00、f10、f32和f33；然后采用S1和S2入射，对应S1和S3探测，得到f11和f23；最后通过填充，得到补全后的偏振二向反射特性。