一种液晶可变相位延迟器偏振特性检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LCVR偏振特性检测方法及系统，属于光学元件检测领域。该方法利用穆勒矩阵描述LCVR，建立LCVR特征参数与穆勒矩阵元素之间的关系，该系统采用穆勒矩阵椭偏仪测量待检测LCVR的穆勒矩阵随电压变化的曲线，从而根据电压求解得到LCVR的相位延迟量、快轴方位角，进一步获得待检测LCVR随电压变化的特征参数曲线。本发明专利技术所提供LCVR偏振特性检测方法及系统相比于现有LCVR偏振特性检测技术的优势在于，可以在一次测量中获得任意LCVR的相位延迟量、快轴方位角随电压变化的特征参数曲线。

A method and system for detecting polarization characteristics of liquid crystal variable phase retarder

The invention discloses a detection method and a system for LCVR polarization characteristics, belonging to the field of optical element detection. The relationship between the characteristic parameters of LCVR and the elements of Muller matrix is established by using the Muller matrix. The Muller matrix ellipsometer is used to measure the curves of the Muller matrix of the LCVR to be detected with the voltage. The phase delay and the fast axis azimuth of the LCVR are obtained by solving the voltage. The characteristic parameter curve varies with voltage. Compared with the existing LCVR polarization characteristic detection technology, the LCVR polarization characteristic detection method and the system provided by the invention have the advantage that the characteristic parameter curves of arbitrary LCVR phase delay and fast axis azimuth varying with voltage can be obtained in one measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种液晶可变相位延迟器偏振特性检测方法及系统
本专利技术属于光学元件检测领域，更具体地，涉及一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测方法及系统。
技术介绍
液晶是具有晶体各向异性性质的液态物质，分子的排列不像晶体结构那样牢固，易受电场、磁场等外部条件作用而重新排列，这导致液晶具有电控双折射效应，尤其是向列相液晶，这种特性表现得尤为明显。利用这种特性可以将液晶加工成各种各样的电控光学器件，如液晶可变相位延迟器(liquidcrystalvariableretarder,LCVR)、液晶空间光调制器等。其中LCVR产生的相位延迟量受电压控制，无须机械转动，而且响应时间快，可达到毫秒数量级。同时与传统的电光晶体器件相比，LCVR具有工作电压低、功耗小、成本低、双折射率大和器件制造容易等优点。因而在液晶显示、信息处理、光通信等方面都具有广泛的应用，例如制造波片式偏振控制器、液晶调谐滤光片等。LCVR的偏振特性包括相位延迟量、快轴方位角等，这些偏振特性都会影响偏振光学系统的性能，在实际使用过程中，需要对LCVR的偏振特性进行精确的检测和标定。LCVR偏振特性的检测和标定技术有很多种，包括光谱法、分束差动测量法、补偿法、偏振干涉法等。现有技术虽然能够对LCVR的某些偏振特性参数进行精确的检测和标定，但普遍存在着以下不足：(1)现有技术通常只能表征LCVR的一个参数，通常是相位延迟量，难以对相位延迟量、快轴方位角同时进行检测和标定；如CN101464576A的第一种测量模式，是在垂直入射的情况下进行测量，此时方位角必须设定为45度，而且只能得到相位延迟量；(2)现有技术通常要求被检测LCVR快轴垂直或平行于测量系统中的某个元器件；(3)一些技术检测精度很高，但检测过程和数据处理都较为复杂，对操作人员技术要求较高；如CN101464576A的第二种测量模式，第二种是非垂直测量模式，至少需要通过三次测量才可以得到相位延迟量和快轴方位角信息，且数据处理复杂、处理量大，需要不断调整起偏器和检偏器的光轴角度，操作繁琐。(4)一些方法对检测系统中的某些元器件有严格的位置要求，当变更实验参数时不可避免地需要调整这些元器件的位姿，引入了更多的系统误差，导致测量精度难以提高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的之一在于提供一种液晶可变相位延迟器偏振特性的检测方法，利用穆勒矩阵表征LCVR偏振特征参数，通过建立LCVR的等效模型，得到相位延迟量δ、快轴方位角θ两个参数的方程组，进而通过一次测量求解出δ和θ。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步：将待检测LCVR两端的驱动电压调到0V；将待检测LCVR放置在穆勒矩阵椭偏仪的样品台上，调整待检测LCVR、穆勒矩阵椭偏仪的起偏臂和检偏臂的位姿，使待检测LCVR的中心与穆勒矩阵椭偏仪的起偏臂和检偏臂的中心线共线，光束垂直入射到待检测LCVR，并且光束光斑能够全部通过待检测LCVR；第2步：测量待检测LCVR在电压为U时测得的穆勒矩阵Mc(U)：其中，Γ为所要检测LCVR特征参数的电压变化范围，U为电压范围Γ中的任意一个电压，mij(U)(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4)为在电压为U时LCVR测量穆勒矩阵Mc(U)中第i行第j列归一化元素；第3步：式(2)所示的Mc(U)与待检测LCVR在电压为U时的相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)的关系如下：联立式(2)、式(3)得到待检测LCVR在电压为U时的相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)。进一步地，该方法包括如下步骤：第4步：改变LCVR两端的电压U的值，重复第2～3步，得到不同驱动电压下LCVR的相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)；重复直至驱动电压U覆盖所选电压范围Γ，得到待检测LCVR随电压变化的偏振特征参数曲线U-δ(U)和U-θ(U)，U∈Γ。进一步地，在第4步中，记录不同电压U对应的光信号的mij(U)，并绘制U-mij(U)曲线图，进而得到待检测LCVR的穆勒矩阵曲线。针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的另一目的在于提供一种液晶可变相位延迟器偏振特性的检测系统，通过穆勒矩阵椭偏仪测得LCVR的穆勒矩阵，进而通过穆勒矩阵获得LCVR全部与偏振相关的特性，其中包括相位延迟量、快轴方位角，从而在一次测量中同时获取LCVR的相位延迟量δ、快轴方位角θ两个偏振特征参数。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测系统，包括穆勒矩阵椭偏仪、驱动电源、偏振特征参数解算程序模块以及处理器；穆勒矩阵椭偏仪包括样品台、光源、起偏臂、检偏臂以及探测器；样品台用于承载待检测LCVR；起偏臂、待检测LCVR、检偏臂三者的中心在同一条直线上；光源发出的光经过起偏臂的调制后透过待检测LCVR进入检偏臂，经检偏臂进一步调制后被探测器接收；探测器用于将接收到的光信号传输至处理器；驱动电源用于向待检测LCVR提供电压U；偏振特征参数解算程序模块预设有在电压U下待检测LCVR的穆勒矩阵Mc(U)与相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)的对应关系，该对应关系如下：其中，Γ为所要检测LCVR特征参数的电压变化范围，U为电压变化范围Γ中的任意一个电压值，mij(U)(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4)为在电压为U时LCVR测量穆勒矩阵Mc(U)中第i行第j列归一化元素；处理器用于调用偏振特征参数解算程序模块根据探测器上传的光信号获得待检测LCVR的穆勒矩阵Mc(U)进而根据式(2)、(3)解算出待检测LCVR的相位延迟量δ(U)和快轴方位角θ(U)。进一步地，该系统还包括偏振特性曲线绘制程序模块；处理器连接驱动电源以控制驱动电源改变输出电压U的值，U∈Γ；偏振特性曲线绘制程序模块在被处理器调用时，执行如下步骤：记录根据不同电压U解算出的对应的相位延迟量δ(U)和快轴方位角θ(U)，并绘制偏振特征参数曲线U-δ(U)和U-θ(U)。进一步地，该系统还包括穆勒矩阵曲线绘制程序模块，用于在被处理器调用时，执行如下步骤：记录不同电压U对应的光信号的mij(U)，并绘制U-mij(U)曲线图，进而得到待检测LCVR的穆勒矩阵曲线。总体而言，相比现有技术，本专利技术的LCVR偏振特性检测方法及系统具有如下技术优势：(1)本专利技术所提供的LCVR偏振特性检测方法及系统可以在一次测量中同时给出待检测LCVR的相位延迟量和快轴方位角；(2)本专利技术所提供的LCVR偏振特性检测方法及系统可以检测LCVR快轴在任意方位下的相位延迟量、快轴方位角；因此，不需要刻意摆放LCVR，操作容易、数据处理简单。(3)本专利技术所提供的LCVR偏振特性检测方法及系统可以给出待检测LCVR相位延迟量、快轴方位角随电压变化的特征参数曲线，包括所选择电压范围内所有电压点的特征参数值。(4)针对同一LCVR，起偏臂、检偏臂、样品台的位姿只需要在最开始调节一次，获得测试结果也只需要一次检测，相比于现有技术需要多次调节、多次检测才能计算出结果而言，大大减少了系统误差，提升测量效率及精度。附图说明图1液晶可变相位延迟器(liquidcrystalvariableretarder,LCVR)结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步：将待检测LCVR两端的驱动电压调到0V；将待检测LCVR放置在穆勒矩阵椭偏仪的样品台上，调整样品台、穆勒矩阵椭偏仪的起偏臂和检偏臂的位姿，使待检测LCVR的中心与穆勒矩阵椭偏仪的起偏臂和检偏臂的中心线共线，光束垂直入射到待检测LCVR，并且光束光斑能够全部通过待检测LCVR；第2步：测量待检测LCVR在电压为U时测得的穆勒矩阵Mc(U)：

【技术特征摘要】
1.一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步：将待检测LCVR两端的驱动电压调到0V；将待检测LCVR放置在穆勒矩阵椭偏仪的样品台上，调整样品台、穆勒矩阵椭偏仪的起偏臂和检偏臂的位姿，使待检测LCVR的中心与穆勒矩阵椭偏仪的起偏臂和检偏臂的中心线共线，光束垂直入射到待检测LCVR，并且光束光斑能够全部通过待检测LCVR；第2步：测量待检测LCVR在电压为U时测得的穆勒矩阵Mc(U)：其中，Γ为所要检测LCVR特征参数的电压变化范围，U为电压范围Γ中的任意一个电压，mij(U)(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4)为在电压为U时LCVR测量穆勒矩阵Mc(U)中第i行第j列归一化元素；第3步：式(2)所示的Mc(U)与待检测LCVR在电压为U时的相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)的关系如下：联立式(2)、式(3)得到待检测LCVR在电压为U时的相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)。2.如权利要求1所述的一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：第4步：改变LCVR两端的电压U的值，重复第2～3步，得到不同驱动电压下LCVR的相位延迟量δ(U)、快轴方位角θ(U)；重复直至驱动电压U覆盖所选电压范围Γ，得到待检测LCVR随电压变化的偏振特征参数曲线U-δ(U)和U-θ(U)，U∈Γ。3.如权利要求2所述的一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测方法，其特征在于，在第4步中，记录不同电压U对应的光信号的mij(U)，并绘制U-mij(U)曲线图，进而得到待检测LCVR的穆勒矩阵曲线。4.一种液晶可变相位延迟器的偏振特性检测系统，其特征在于，包括穆勒矩阵椭偏仪、驱动电源、偏振特征参数解算程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷洪刚，韦鹏，刘世元，宋宝坤，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42