测量液晶器件扭曲角和光延迟的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光电子学和测量技术领域，是一种测量液晶器件扭曲角和光延迟的装置和方法。本发明专利技术的装置，包括：双频塞曼激光器，λ／４波片，分束器，检偏器，光电探测器，信号处理部分。测试时，以光轴为轴转动被测液晶器件４，当被测液晶器件的转角为０度、６０度和１８０度时，记录信号处理部分９得到的相位差Ψ↓［１］、Ψ↓［２］和Ψ↓［３］，由计算机利用外差式测量方程对Ψ↓［１］、Ψ↓［２］、Ψ↓［３］和０、π／３、２π／３进行曲线拟合，得到被测液晶器件的扭曲角和光延迟数据。由于本发明专利技术的拍频信号的频率只有几兆赫兹，光电探测器能够响应信号的频率和相位变化，相对于传统方法测量的易受干扰的光强信号，拍频信号更能避免光源波动或环境影响造成的误差。由交流放大器代替常规的直流放大器，这样可以隔绝由外界干扰引起的直流电平漂移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子学和测量
，涉及一种液晶器件的 测试装置和方法，具体地说是一种测量液晶器件扭曲角和光延迟 的装置和方法。
技术介绍
液晶器件由于具有功耗低、体积小和重量轻等诸多优点，已 经被用在非常广泛的领域中。现在广泛应用的测量液晶器件的扭曲角和光延迟的方法主要是Stokes参数法(Susumu Sato等，日 本)、光谱扫描法(S. T. Tang等，香港)和干涉法等。这些方 法都归于两类单色光法和光谱法。它们存在下列缺点1. 采用光谱法测量，会由于液晶器件内部多层膜之间的反射 产生的Fabry-Perot效应，引起测量误差。2. 采用光谱法测量，结构复杂，费用较高。3. 采用单色光测量，由于光源的波动或环境的影响，光强值 易产生测量误差。4. 采用光谱测量和采用单色光测量，由于光强信号及光电转 换器件输出的电信号都是直流量，直流漂移也要产生测量误差。光学外差测量技术具有精度高、抗干扰性强的优点，常用于 长度、位移、速度等物理量的精确测量，但是尚未应用在液晶器 件的测试领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供 一 种测量液晶器件扭曲角和光延迟的装 置和方法，此方法将光学外差法应用于液晶器件的测量，且能克 服上述测量误差。本专利技术测量液晶器件扭曲角和光延迟的装置，如图1所示， 包括双频塞曼激光器l，入/4波片2，分束器3，被测液晶器件 4，检偏器5、 7，光电探测器6、 8，信号处理部分9。在本专利技术测量液晶器件扭曲角和光延迟的装置中，双频塞曼 激光器1的输出光轴与入/4波片2的表面互相垂直；双频塞曼激光器1的输出光轴与分束器3的反射面成45度夹角；在分束器3和光电探测器6之间依次是被测液晶器件4、检偏器5，被测液晶 器件4的表面、检偏器5的表面和光电探测器6的表面垂直于分 束器3的透射光，检偏器5的透光轴和A /4波片2的慢轴成45 度角；在分束器3和光电探测器8之间是检偏器7，检偏器7的 表面、光电探测器8的表面垂直于分束器3的反射光。本专利技术的双频塞曼激光器1发出具有频差的左、右旋圆偏振 光，入/4波片2使双频塞曼激光器1的出射光成为偏振方向互相 垂直的双频线偏振光，分束器3使光线部分透射，部分反射，检 偏器5、 7使双频光的振动方向一致而产生拍频干涉，光电探测器 6、 8分别采集拍频信号，并送入信号处理部分9，信号处理部分 9对两路信号作比较，得到两路信号的相位差。本专利技术的测量液晶器件扭曲角和光延迟装置的工作过程。 双频塞曼激光器1发出具有频差的左、右旋圆偏振光，经过 入/4波片2后使双频塞曼激光器1发出的具有频差的左、右旋圆偏振光成为偏振方向互相垂直的双频线偏振光。分束器3将双频 线偏振光分成为两部分，透射光和反射光。透射光称为信号光， 反射光称为参考光。检偏器7使参考光产生光学拍频干涉，拍频 信号被光电探测器8采集。当信号光通过被测液晶器件4时，被 测液晶器件4使信号光产生与参考光不同的相位变化，再经过检 偏器5产生拍频干涉，拍频信号被光电探测器6采集。光电探测 器6、 8将拍频信号转变为交流电信号，送入信号处理部分9，得 到参考光和信号光干涉信号的相位差。根据参考光和信号光干涉 信号的相位差，计算出被测液晶器件4的扭曲角和光延迟数据。 本专利技术的测试方法。以光轴为轴转动被测液晶器件4，当被测液晶器件4的转角 为0度、60度和180度时，记录信号处理部分9得到的相位差^、 %和％，由计算机利用外差式测量方程求解，外差式测量方程为<formula>formula see original document page 5</formula>方程中3和/ 表示如下<formula>formula see original document page 5</formula>用^、 A和^替换外差式测量方程中的4S 用0、 ；r/3和2;r/3替换外差式测量方程中的p由计算机进行曲线拟合，得到被测液晶 器件4的扭曲角和光延迟数据。本专利技术的外差式测量方程及其导出过程。信号光路的坐标系如图2所示。检偏器5的透光轴取为x轴， 与检偏器5的透光轴垂直方向取为y轴。图中A是被测液晶器件 4的光线进入面上的分子指向矢投影；B是被测液晶器件4的光线 射出面上的分子指向矢投影；"是被测液晶器件4的转角为0度 时，被测液晶器件4的光线进入面上的液晶分子指向矢方向在x-y 平面的投影与x轴方向的夹角；^为被测液晶器件的扭曲角。以后所使用的数学符号统一说明如下。未知参数0为被测液晶器件的扭曲角、And为被测液晶器件的光延迟；"为被测液晶器件4的转角为0度时，被测液晶器件4的光 线进入面上的液晶分子指向矢方向在x-y平面的投影与x轴方向 的夹角。"、0、 And将同时得到求解。已知参数，即由本专利技术的装置可以直接得到的参数甲为信号处理部分9得到的相位差；/为被测液晶器件4的转角；义为塞曼激光器的波长。外差式测量方程的推导目标即是将上述未知参数和己知参数 组合成一个可以求解的方程。为此，下述式(l) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 即是为了利用已知公式表达g、甲2、 ％与"、0、 And、 y、义的关系式。信号处理部分9得到的相位差？满足如下已知公式中二arg(H,2) (1) Efolt,、 E^,。分别表示x、 y轴方向振动的频率不同的两束光通 过检偏器5后的表达式<formula>formula see original document page 6</formula>(2) (3)式中R为旋转矩阵R(*)=cos(*) sin(*) —sin(*) cos(*)(4)M是光在液晶中传输的琼斯矩阵 义sin"—0<formula>formula see original document page 7</formula>(5)(5)式中的R同(4)式，(5)式中<formula>formula see original document page 7</formula>(6)<formula>formula see original document page 7</formula>(7)至此，已经列出甲与"、0 、And 、义、/的关系式即(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)式。继续推导得到液晶器件扭曲角和光延迟的外差式测量方程(8)0&os2(^ + or + y)sin2/ _ "&in2(^ + + /)sin;&osy9tan甲=2 x(8)外差式测量方程中5和/ 表示如下本专利技术的特点和积极效果1. 本专利技术是把光学外差法用于测量液晶器件扭曲角和光延 迟的方法和装置。2. 被测液晶器件使信号光相位发生了变化，在信号光和参考 光分别产生节拍干涉时，这两个节拍信号的相位差等于被测液晶 器件使信号光发生的相位变化。3. 本专利技术由传统测量方法的测量光强大小，转为光学外差法 的测量光学拍频信号的相位变化。由于本专利技术的拍频信号的频率 只有几兆赫兹，光电探测器能够响应信号的频率和相位变化。相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量液晶器件扭曲角和光延迟的装置，其特征是由双频塞曼激光器（１）、λ／４波片（２）、分束器（３）、检偏器（５）和（７）、光电探测器（６）和（８）、信号处理部分（９）组成；双频塞曼激光器（１）的输出光轴与λ／４波片（２）的表面互相垂直，双频塞曼激光器（１）的输出光轴与分束器（３）的反射面成４５度夹角，在分束器（３）和光电探测器（６）之间依次是被测液晶器件（４）、检偏器（５），被测液晶器件（４）的表面、检偏器（５）的表面和光电探测器（６）的表面垂直于分束器（３）的透射光，在分束器（３）和光电探测器（８）之间是检偏器（７），检偏器（７）的表面、光电探测器（８）的表面垂直于分束器（３）的反射光；双频塞曼激光器（１）发出具有频差的左、右旋圆偏振光，λ／４波片（２）使双频塞曼激光器（１）的出射光成为偏振方向互相垂直的双频线偏振光，分束器（３）使光线部分透射，部分反射，检偏器（５）和（７）使双频光的振动方向一致而产生拍频干涉，光电探测器（６）和（８）分别采集拍频信号，并送入信号处理部分（９），信号处理部分（９）对两路信号作比较，得到两路信号的相位差。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆云涛，于涛，荆海，付国柱，张航，张睿鹏，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]