一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法，所述装置包括光源模块和测量模块，所述测量模块包括依次设置的四象限探测器、聚焦物镜和图像传感器；所述四象限探测器包括四个光通道，分别放置有0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片。本发明专利技术玻璃材料的线性双折射测量，不涉及偏振器件的旋转和机械运动，且偏振信息获取的为同一时间的待检测光的偏振信息，因此可以克服光源的波动和偏振器件的机械旋转带来的误差，提高了测量准确性。

A device and method for measuring the linear birefringence of glass materials

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法
本专利技术涉及光学玻璃检测
，尤其涉及一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法。
技术介绍
玻璃在生产制备和使用的过程中，种种原因会导致玻璃材料的双折射现象：玻璃化学组分的不均匀性导致的条纹、节瘤、气泡等结构应力；退火过程中难以避免的温度梯度导致的残余热应力和在使用过程中由于外力的挤压而导致玻璃内部产生的机械应力等等。这种效应在玻璃中产生的应力轴与正交轴存在微小的折射率差，进而导致传输在玻璃内的线偏振光在两个轴上偏振分量具有不同的传输速度，长距离传输的偏振光会退偏成椭圆偏振光，在极端条件下退偏成圆偏振光。所以玻璃的双折射特性会影响到传输偏振光的偏振态。因此在加工光学元件前,必须对玻璃材料的应力进行测量。应力的大小是衡量光学玻璃性能的重要指标之一，精确测量光学玻璃的应力非常必要。线性双折射是指一束光在各向异性介质中传播时，可以分解成振动方向相互垂直、传播速度不同的两种线偏振光，互相垂直的光轴上具有不同的折射率，双折射度可由相位延迟量来衡量，同时，玻璃的双折射快慢轴方位并不确定，在使用过程前和使用过程中都需要精密测量玻璃样品的双折射相位延迟量。目前玻璃应力双折射的测量方法主要有偏光干涉法、1/4λ波片法、Babinet补偿器法、Tardy定量应力测试法等。这些方法基本都是根据偏振光在玻璃样品的传输过程中，双折射效应导致的出射光偏振态的改变，通过测量出射光的相位差来计算出玻璃双折射的大小。目前斯托克斯参量的测量方法主要为偏振光调制法，即在待检测光路中引入起偏器和相位延迟器，对光路的光强进行调制并测量，求得斯托克斯参量，该方法通常要求起偏器和相位延迟器绕光轴作多角度的转动，但是光源的波动和偏振器件的机械旋转容易带来误差，导致测量不准确。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法，从而克服现有技术中的双折射测量方法由于光源的波动和偏振器件的机械旋转容易带来误差，导致测量不准确的问题。本专利技术的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种玻璃材料的线性双折射测量装置，包括光源模块和测量模块，其中，所述测量模块包括依次设置的四象限探测器、聚焦物镜和图像传感器；所述四象限探测器包括四个光通道，分别放置有0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片。所述的玻璃材料的线性双折射测量装置，其中，所述光源模块包括依次设置的激光光源、扩束器和起偏器。另一方面，本专利技术还提供了一种基于以上所述的线性双折射测量装置的线性双折射测量方法，其中，所述测量方法包括步骤：将玻璃样品放置在光源模块和测量模块之间，光源模块的光通过玻璃样品后形成待检测光；待检测光通过四个光通道的0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片后，由图像传感器接收；通过计算四个偏振方向偏振光的归一化光强度值，得到待检测光的斯托克斯参量。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法，本专利技术玻璃材料的线性双折射测量，不涉及偏振器件的旋转和机械运动，且偏振信息获取的为同一时间的待检测光的偏振信息，因此可以克服光源的波动和偏振器件的机械旋转带来的误差，提高了测量准确性。附图说明图1是本专利技术玻璃材料的线性双折射测量装置的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术较佳实施例的玻璃材料的线性双折射测量装置，如图1所示，包括用于提供光源的光源模块和测量模块，所述测量模块包括依次设置的四象限探测器5、聚焦物镜6和图像传感器7；所述四象限探测器包括四个光通道，分别放置有0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片；所述光源模块包括依次设置的激光光源1、扩束器2和起偏器(偏振片)3。具体实施时，图像传感器为四象限偏振信息的接收装置，其可以为CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合元件)传感器或者CMOS传感器(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)；如图1所示，光源模块和测量模块之间放置玻璃样品4，可以用高精度三维调节平台放置玻璃样品；图像传感器7连接计算机进行数据采集、处理和计算；激光光源1优选为氦氖激光光源。基于以上所述的玻璃材料的线性双折射测量装置，本专利技术实施例还提供了一种线性双折射测量方法，所述线性双折射测量方法包括步骤：将玻璃样品放置在光源模块和测量模块之间，光源模块的光通过玻璃样品后形成待检测光；待检测光通过四个光通道的0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片后，由图像传感器接收；通过计算四个偏振方向偏振光的归一化光强度值，得到待检测光的斯托克斯参量。具体实施时，在测量中，偏振片的对轴角度校准和入射光斑的质心匹配是影响精度的关键，首先将633nm氦氖激光光源扩束成约一英寸均匀光斑，调节光斑与CMOS传感器的位置以确保待检测光斑的高均匀度(均匀度的度量可以通过CMOS传感器接收光强的灰度值来衡量)，此过程通过CMOS传感器接收的光强信息来调整光斑位置。然后将四象限器件和光功率计放入光路中，进行四象限器件的角度定标：将起偏器置于水平0°，仔细调节四象限元件的第一个窗口，使得其转到光功率计读数最小，此时为检偏器的消光位置，定为90°；然后转动起偏器置于45°，调整第二个窗口，置于消光位置后，定为135°；按照同样的步骤定标0°和45°。在无玻璃样品条件下，经过水平起偏的偏振光经过得到的归一化数据。然后将玻璃样品置于高精度三维调节平台，读取此时的归一化数据(读取后的数据的处理方式为采用CMOS传感器和计算机提取所拍摄图像的灰度值，各个象限归一化的灰度值为待测参数)。本专利技术在待检测光后方设计四个光通道，分别放置0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片，在四象限器件后利用图像传感器和Matlab软件得到四个偏振方向的归一化强度均值，进而计算出待检测光的斯托克斯参量中S0′，S1′，S2′三个独立项。玻璃的线性双折射延迟量可以通过联立三元一次方程求得。其推导过程如下所示：描述一束准单色平面光波的偏振状态需要的物理参量是光矢量E在X轴方向的分矢量EX和在Y轴方向的分矢量EY以及二者的相位差。一束单色平面光波的斯托克斯参量表示为：上述4个斯托克斯参量都有其明确的物理意义：S0给出了光波的总光强，S1项为X轴分量和Y轴分量的光强之差，S2项为45°偏振方向和135°偏振方向线偏振分量之差，S3项为右旋和左旋圆偏振光分量之差。理想条件下，玻璃样品对偏振光不存在偏振调制，即通过玻璃样品后的偏振光的归一化斯托克斯参量保持不变，经扩束和起偏后的理想水平线偏振光的穆勒矩阵为：在计算玻璃样品的线性双折射延迟量时，实验对ZF7玻璃样品双折射度的计算使用S0′，S1′，S2′三个参量联立获得相位延迟，延迟量△为：具体实施时，四象限偏振信息的接收装置可以为深圳大恒图像生产的MER500-14U3系列CMOS传感器，在CMOS传感器前，加工定制了四象限通光窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃材料的线性双折射测量装置，包括光源模块和测量模块，其特征在于，所述测量模块包括依次设置的四象限探测器、聚焦物镜和图像传感器；所述四象限探测器包括四个光通道，分别放置有0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃材料的线性双折射测量装置，包括光源模块和测量模块，其特征在于，所述测量模块包括依次设置的四象限探测器、聚焦物镜和图像传感器；所述四象限探测器包括四个光通道，分别放置有0°、45°、90°和135°偏振方向的线偏振片。2.根据权利要求1所述的玻璃材料的线性双折射测量装置，其特征在于，所述光源模块包括依次设置的激光光源、扩束器和起偏器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹快盛，
申请(专利权)人：苏州端景光电仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32