[发明专利]一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种光学材料双折射率测试装置，其特征在于，包括双光路模块(10)、正交偏光系统(20)、厚度测量模块(30)、补色器(40)、位相检测模块(60)以及与所述位相检测模块(60)均直接相连的成像模块(50)和光程差测算模块(70)；所述双光路模块(10)与正交偏光系统(20)直接相连且位于正交偏光系统(20)后部；所述厚度测量模块(30)与正交偏光系统(20)的载物台(22)直接相连；所述补色器(40)位于正交偏光系统(20)的中间镜筒(24)中；所述成像模块(50)位于正交偏光系统(20)光路中上偏光镜(25)之上。

2.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述双光路模块(10)包括：

参照光源(11)，配置为提供光程差测试用的参照比对光源；以及

检测光源(12)，提供光程差测试的波长连续可调的单色光，配置为用于不同波长下双折射率的测试。

优选地，所述参照光源(11)为白光。

3.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述正交偏光系统(20)包括用于样品光学性质观察的光学部分，由下偏光镜(21)、用于样品放置和方向调整的载物台(22)、物镜(23)、中间镜筒(24)以及上偏光镜(25)组成，所述上偏光镜(25)配置为用于调制从样品出射的两束光波的偏振态。

优选地，所述下偏光镜(21)由偏光片制成，配置为用于调制光源的偏振态。

优选地，所述载物台(22)为边缘有360°的刻度且能够水平旋转的圆形平台，所述载物台(22)与固定的游标尺配合以直接读出载物台(22)的旋转角度。

优选地，所述载物台(22)中央具有一个圆形通光孔，样品借助载玻片放于载物台(22)的通光孔之上，并通过载物台(22)的调节滑尺进行对中调整。

4.根据权利要求3所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述物镜(23)由多个透镜组合而成，用于样品放大。

优选地，所述上偏光镜(25)的振动方向始终与下偏光镜(21)的振动方向垂直。

5.根据权利要求3所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述补色器(40)插入中间镜筒(24)试板孔中，且位于所述正交偏光系统(20)的45°位置。

优选地，所述补色器(40)为一宽透光波段的双折射晶体(41)镶嵌在带有千分滑尺的长条状金属框中，通过旋转角度调整器(42)来转动双折射晶体，从而改变其光程差。

6.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述厚度测量模块(30)与载物台(22)相连，配置为用于原位样品纵向厚度的直接测试，通过不同聚焦位置测算得到厚度差值。

7.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述成像模块(50)位于偏光系统光路中上偏光镜(25)之上，配置为精准记录光程补偿过程中晶体位相变化的动态过程，以及补色器(40)调零和补偿过程的角度变化。

优选地，所述成像模块(50)为CCD图像传感器。

8.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述位相检测模块(60)与CCD图像传感器相连，配置为用于光程差补偿过程中光学位相的灵敏检测。

优选地，所述位相检测模块(60)为电光调制器或锁相放大器。

9.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述光程差测算模块(70)为一图像处理和光程差测算程序，写有不同波长下补色器(40)角度对应的光程差，通过读取补色器(40)的角度图像给出相应的光程差值，用于补色器(40)旋转角度记录和光程差换算。

10.如权利要求1至8中任一项所述光学材料双折射率测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，开启光源、厚度测量模块(30)、成像模块(50)、位相检测模块(60)和光程差测算模块(70)；

步骤2，将微米级厚度的薄片晶体样品放于载玻片上，将载玻片置于载物台(22)通光孔之上，借助物镜(23)和成像模块(50)将样品调中和准焦；旋转载物台(22)并通过位相检测模块(60)找到薄片晶体样品的消光位置，旋紧载物台(22)至45°位置；

步骤3，在中间镜筒(24)试板孔中插入补色器(40)，旋转所述补色器(40)至位相检测模块(60)显示为零点，继续旋转所述补色器(40)至位相检测模块(60)显示消光位为止，成像模块(50)记录补色器(40)的旋转角度，并反馈给光程差测算模块(70)，计算得到样品的光程差；

步骤4，关闭参照光源(11)，切换检测光源(12)，具体测试过程同步骤1-3，以546nm附近单色光源为中心分别向长波长和短波长两边扩展测试，得到不同波长下的光程差，并通过厚度测量模块(30)获得样品的精准厚度；

步骤5，根据公式R(λ)＝n(λ)×d，从而获得样品在不同波长下的双折射率，其中，所述R(λ)为待测样品的光程差，n(λ)为待测样品的双折射率，d为待测样品厚度。