[发明专利]一种波片相位延迟的精密测量系统及其实现方法

权利要求书

1.一种波片相位延迟的精密测量系统，包括一光源，在该光源发出光的前进方向上依次放置准直器、起偏器、补偿器及置于样品台上的待测样品，所述的补偿器由步进电机带动旋转，该电机的驱动由一电子计算机实行控制，在待测样品之后且沿光的前进方向放置有检偏器、成像透镜、单色仪和探测器，所述的探测器的输出经数据采集卡传至电子计算机进行数据处理；所述的电子计算机通过数据采集卡控制单色仪选择波长；电子计算机通过数据采集卡发送脉冲信号到电机驱动以控制电机以一定步长旋转补偿器；其特征在于：所述的准直器采用光纤耦合器；在待测样品之后、检偏器之前再加入一偏振片。

2.根据权利要求1所述的波片相位延迟的精密测量系统，其特征在于：所述的光源为连续谱光源，优选氙灯或溴钨灯。

3.根据权利要求1所述的波片相位延迟的精密测量系统，其特征在于：所述的起偏器、偏振片和检偏器均采用二向色性起偏器或双折射起偏器中的一种。

4.根据权利要求1所述的波片相位延迟的精密测量系统，其特征在于：所述的补偿器为云母或石英，延迟范围为60°-120°。

5.根据权利要求1所述的波片相位延迟的精密测量系统，其特征在于：所述的单色仪为反射型光栅；所述的探测器为光电二极管、光电倍增管或CCD图像传感器，优选为CCD图像传感器。

6.一种波片相位延迟的精密测量方法，首先建立权利要求1所述的波片相位延迟的精密测量系统，使得光源发出的光依次通过光纤耦合器、起偏器、补偿器、待测样品、偏振片、检偏器、成像透镜和单色仪后由探测器接收；其特征在于其是通过自校准方法测得待测样品的相位延迟δ；该方法步骤如下：

1)设定包括起偏器、补偿器、待测样品、偏振片和检偏器在内的各偏振元件的初始方位角，使得补偿器、待测样品的快轴和起偏器、检偏器的透振方向一致，沿x轴正向，旋转偏振片使其透振方向与x轴成θ_α，且20°≤|θ_α|≤40°；

2)启动系统，电子计算机通过数据采集卡控制单色仪选择被测波长；

3)电子计算机通过数据采集卡控制电机旋转补偿器，每旋转间隔Δθ，数据采集卡采集一次光强并传给电子计算机，其中：1°≤Δθ≤10°；电机旋转一周，得到一组光强数据I；

4)由电子计算机对采集的光强数据I进行傅立叶分析，由下式求得傅立叶系数a₀、b₂、a₄和b₄；

I＝a₀+b₂ sin(2nΔθ)+a₄ cos(4nΔθ)+b₄ sin(4nΔθ)    n＝0，1，2，...

5)通过下面四个非线性方程：

a₀＝τ[1+¹/₂(1+cosδ_c)cos2θ_α]

b₂＝τsinδ_csinδsin2θ_α

a₄＝¹/₂τ(1-cosδ_c)cos2θ_α

b₄＝¹/₂τ(1-cosδ_c)cosδsin2θ_α

解析解得出待测样品的相位延迟δ。

7.根据权利要求6所述的波片相位延迟的精密测量方法，其特征在于：通过三步测量法消除包括补偿器、待测样品和偏振片在内的偏振元件方位角的误调影响，该方法步骤如下：

6)调整偏振片使其透振方向与x轴的夹角在20°-40°范围内，其确切位置为θ_α且未知，继续步骤3)至5)测量并求得待测样品的相位延迟δ₁和偏振片的透振方向与x轴的夹角θ_α1；

7)旋转偏振片使其透振方向与x轴成-θ_α1，再继续步骤3)至5)测量并求得偏振片的透振方向与x轴的夹角θ_α2；

8)旋转偏振片使其透振方向与x轴成θ_α2，再继续步骤3)至5)测量并求得待测样品的相位延迟δ₂；

9)最终求得待测样品的相位延迟为：δ＝(δ₁+δ₂)/2。