[发明专利]一种大量程成像式双折射分布测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种大量程成像式双折射分布测量装置及方法，该测量装置包括：光源模块，其接收控制与数据处理模块信号，选择并输出测量所用波长的光束，透射照明被测材料样品；成像镜组，其将经被测材料样品的出射光束投影到光电探测器上；可变偏振态发生器，其位于被测材料样品两侧的光路中，根据控制与数据处理模块输入的电信号，改变光束的偏振态，提供光束的起偏、检偏或相位延迟；光电探测器，其将采集的光强分布转化为电信号输出给控制与数据处理模块运算，最终呈现被测物双折射分布结果。本发明解决了现有双折射分布测量技术存在的测量速度相对较慢、相位延迟量量程受限的问题。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及一种用于测量透明介质的双折射分布的装置及方法。

背景技术

光在通过各向异性透明介质时分解为两个振动平面相互垂直的线偏振光的现象称为双折射，双折射分布参数指被测材料的相位延迟量δ和方位角θ。双折射特性广泛存在于天然矿物晶体和受机械应力的玻璃、塑料、液晶等合成材料中，此外如核蛋白、纺锤体、肌原纤维等细胞物质也具有光学各向异性。测量材料双折射特性有利于帮助我们深入了解和更加合理地应用光学材料。

双折射分布的测量基于偏振光学原理，传统的偏光测量仪器通过偏振片起偏-检偏方式可以定性地获得双折射分布。近年来随着科学技术发展，一些新的双折射分布测量方法被提出，它们采用多样的相位延迟调制方式，克服了传统方法不足，定量地获取被测材料双折射分布，具有重要的应用前景。现有的双折射分布测量方法大多采用单波长光源，受限于Stokes矢量解算中三角函数的周期性，双折射相位延迟量的量程上限不超过π；其次，检测方法以逐点扫描方式获取双折射的二维分布，测量速度相对较慢，不能适用于大面积样品或流水线检测。

发明内容

发明目的：为克服上述现有技术的缺陷，本发明创造提供一种基于多波长下偏振相位调制方法及多次面阵探测实现大量程成像式双折射分布测量的光学装置，进而在无任何机械传动情况下，实现对超过π相位延迟样品的双折射分布测量。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种大量程成像式双折射分布测量装置，包括光源模块、成像镜组、可变偏振态发生器、光电探测器和控制与数据处理模块；光源模块接收控制与数据处理模块信号，选择并输出测量所用波长的光束，透射照明被测材料样品，成像镜组将经被测材料样品的出射光束投影到光电探测器上，可变偏振态发生器位于被测材料样品两侧的光路中的，根据控制与数据处理模块输入的电信号，改变光束的偏振态，提供光束的起偏、检偏或相位延迟，光电探测器将采集的光强分布转化为电信号输出给控制与数据处理模块运算，最终呈现被测物双折射分布结果。

进一步的，所述的光源模块包括多波长光源、波长选择器件、光源镜组，光源模块中多波长光源出射光束经波长选择器件和光源镜组投射到被测材料样品。

更进一步的，所述的多波长光源至少包含三个或以上波长间隔不小于10纳米的波长成分；所述的波长选择器件具有不少于三个波长范围的子通带，所述的子通带中心波长与所述的多波长光源波长成分一一对应，各子通带带宽不大于10纳米。

再更进一步的，所述的光源镜组的物像共轭面分别是多波长光源发射端面和被测材料样品面。

进一步的，所述的成像镜组的光路是物方远心光路。

更进一步的，所述的成像镜组的物像共轭面分别是被测材料样品面和光电探测器靶面。

进一步的，所述的可变偏振态发生器包括线偏振片和液晶可变延迟器，光束依次经过线偏振片和液晶可变延迟器后偏振态发生变化，所述的液晶可变延迟器延迟量可随施加于其电信号的改变而改变，其延迟量大小与电信号大小一一对应。

更进一步的，所述的可变偏振态发生器至少为两个，所述的被测材料样品两侧的光路中分别至少包含一个可变偏振态发生器。

进一步的，所述的光电探测器是面阵探测器。