一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学元件检测领域，并具体公开了一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法及装置，其包括步骤：S1、入射偏振光通过铁电液晶延迟器得到出射偏振光，同时使铁电液晶延迟器的快轴方位角在两个状态之间切换，测量在两个状态下出射偏振光光谱的斯托克斯向量；S2、旋转铁电液晶延迟器，使两个状态的快轴方位角均增加Δ；S3、重复步骤S1和S2，得到多组不同快轴方位角在两个状态下的出射偏振光光谱的斯托克斯向量，根据出射偏振光光谱的斯托克斯向量与铁电液晶延迟器光学特性参数的对应关系，拟合得到铁电液晶延迟器的光学特性参数。本发明专利技术可测量快轴方位角高速变化的FLC的光学特性，并且可以在一次测量循环中获得所有特征光谱参数。

【技术实现步骤摘要】
一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法及装置
本专利技术属于光学元件检测领域，更具体地，涉及一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法及装置。
技术介绍
铁电液晶(FerroelectricLiquidCrystals,FLC)是一种近晶型液晶，其液晶相由分层的长分子排列而成，每一层的分子都朝向相同的方向。液晶中正电荷和负电荷的中心不重合，从而诱发了一个可以控制分子方向的电偶极矩。在液晶上施加一个电场可以改变晶体上电场的极性，分子的方向也会改变，从而使液晶的快轴方向发生改变。FLC可以认为是一种具有固定延迟量的相位延迟器或波片，但是其快轴方位角有两个状态(状态1和状态2)，两个状态之间相差约45°(快轴切换角ψ)，直流驱动电压可以控制方位角在这两个状态之间切换。FLC在两种状态之间的切换速度非常快，甚至可以小于50μs；但FLC必须要保持在这两种状态之间不断切换的状态，切换速度通常不低于1s。利用这种特性可以将FLC加工成可电控切换方位角状态的延迟器，从而实现对入射光偏振态的调制。与传统的光学器件相比，FLC的快轴方位角状态由电压控制，具有无机械转动、响应速度极快、功耗低、成本低等优点；因而在偏振光学、液晶显示等领域有广泛的应用，例如延迟器、光开关、旋光器、偏振仪等。FLC的光学特性包括相位延迟量、快轴方位角、快轴切换角、旋光角等，这些光学特性决定了偏振光学装置的优化方向和最终性能，因而准确检测FLC的光学特性在实际的使用中十分重要。检测和标定光学器件的相位延迟量和方位角的方法有很多，例如光谱扫描法、补偿法、激光频率分裂法、偏振干涉法等。这些现有技术虽然能够对波片或者液晶可变相位延迟器(liquidcrystalvariableretarder,LCVR)这类光学特性可长时间保持不变的延迟器的某些光学特性进行精确的检测和标定，但这些方法对于FLC的光学特性检测存在以下的一些不足：(1)现有技术通常只能表征波片或者LCVR这类光学特性可长时间保持不变(至少数秒)的延迟器；如CN105628343A的测量方法，只能检测波片这类光学特性在特定波长下保持固定的光学器件；如CN108534993B的测量方法，在检测不同电压下LCVR的光学响应时，要求电压(光学特性)在单次测量过程中保持不变。(2)现有技术通常只能表征FLC的快轴切换角，难以同时检测出旋光角、延迟量以及两个状态的快轴方位角等参数。(3)现有检测技术通常只能在单次测量中给出波片或者LCVR在某个波长点的光学特性参数，难以在单次测量中给出光谱参数。(4)现有精度较高的检测技术，通常包含穆勒矩阵测量，会导致检测装置的成本较高。(5)一些技术对检测对象有严格的位置要求，在检测过程中由于检测对象的安装位置不准确，导致检测精度大幅度下降。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法及装置，其目的在于，利用FLC快轴方位角的电控特性构建一种可精确测量FLC光学特性的模型，可以在单次测量循环中获得任意FLC的所有四个特征光谱参数，满足光学系统的使用需求，并且具有操作简单、数据处理方便等优点。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法，包括如下步骤：S1、入射偏振光通过铁电液晶延迟器得到出射偏振光，同时使铁电液晶延迟器的快轴方位角在两个状态之间切换，分别测量在两个状态下出射偏振光光谱的斯托克斯向量；S2、旋转铁电液晶延迟器，使两个状态的快轴方位角均增加Δ；S3、重复步骤S1和S2，得到多组不同快轴方位角在两个状态下的出射偏振光光谱的斯托克斯向量，根据出射偏振光光谱的斯托克斯向量与铁电液晶延迟器的光学特性参数的对应关系，拟合得到铁电液晶延迟器的光学特性参数。作为进一步优选的，通过改变输入铁电液晶延迟器的直流驱动电压，使铁电液晶延迟器的快轴方位角在两个状态之间切换。作为进一步优选的，出射偏振光光谱的斯托克斯向量Sout(λ)与表征各光学特性参数的穆勒矩阵的关系式如下：Sout(λ)＝R(ρ(λ))MFLC(θ+nΔ，δ(λ))Sin(λ)其中，λ是铁电液晶延迟器光学特征参数光谱范围中的任一波长点，Sin(λ)是入射偏振光的斯托克斯向量，R(ρ(λ))是表征旋光角的穆勒矩阵，MFLC(θ+nΔ,δ(λ))表征快轴方位角和相位延迟量的穆勒矩阵。作为进一步优选的，根据出射偏振光光谱的斯托克斯向量与表征各光学特性参数的穆勒矩阵的关系式，得到出射偏振光光谱的斯托克斯向量Sout(λ)与铁电液晶延迟器光学特性参数的关系式如下：其中，α为快轴方位角，α＝θ+nΔ，n＝0,1,2,…，θ为初始快轴方位角，δ(λ)为相位延迟量，ρ(λ)为旋光角。作为进一步优选的，在状态二时出射偏振光光谱的斯托克斯向量与表征各光学特性参数的穆勒矩阵的关系式中添加退偏指数的穆勒矩阵，进而拟合得到铁电液晶延迟器的退偏指数，添加退偏指数的穆勒矩阵后的关系式如下：Sout2(λ)＝Mdep(λ)R(ρ(λ))MFLC(θ2+nΔ，δ(λ))Sin(λ)其中，Sout2(λ)是状态二时出射偏振光光谱的斯托克斯向量，Mdep(λ)是退偏指数的穆勒矩阵，MFLC(θ2+nΔ,δ(λ))分别是状态二时表征方位角和相位延迟量的穆勒矩阵。作为进一步优选的，所述步骤S2中，快轴方位角增加值Δ为1°～10°。作为进一步优选的，采用基于单旋转调制法的斯托克斯偏振仪测量出射偏振光光谱的斯托克斯向量。按照本专利技术的另一方面，提供了一种用于实现上述铁电液晶延迟器光学特性检测方法的装置，包括光源、起偏器、旋转中空电机、斯托克斯偏振仪、驱动电源和电机控制器，其中：所述光源、起偏器、旋转中空电机、斯托克斯偏振仪依次同轴放置，所述旋转中空电机用于安装待检测的铁电液晶延迟器；所述驱动电源用于使铁电液晶延迟器在两个状态之间切换，所述电机控制器通过所述旋转中空电机控制铁电液晶延迟器的旋转。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术利用FLC快轴方位角的电控特性构建一种可精确测量FLC光学特性的模型，可以测量FLC这类光学特性随时间高速变化的动态响应，且本专利技术通过测量出射偏振光的偏振态变化给出FLC的光谱光学特性，因而能够在单次测量循环中获得任意FLC的所有特征光谱参数。2.本专利技术利用穆勒矩阵分别表征FLC在两个状态下的快轴方位角、旋光角、相位延迟量，通过测量FLC出射光的偏振态，建立模型，得到两个状态下由相位延迟量、快轴方位角、旋光角、快轴切换角这四个参数表征的方程，进而求解出FLC的光学特性，可以给出FLC光学特性的特征参数光谱曲线，满足了光学系统的使用需求。3.本专利技术可以检测FLC快轴在任意方位角时的光学特性，因而器件无需精确安装，所用装置结构简单、成本低，同时检测时不需进行穆勒矩阵测量，操作简单、数据处理方便、检测精度高。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、入射偏振光通过铁电液晶延迟器得到出射偏振光，同时使铁电液晶延迟器的快轴方位角在两个状态之间切换，分别测量在两个状态下出射偏振光光谱的斯托克斯向量；/nS2、旋转铁电液晶延迟器，使两个状态的快轴方位角均增加Δ；/nS3、重复步骤S1和S2，得到多组不同快轴方位角在两个状态下的出射偏振光光谱的斯托克斯向量，根据出射偏振光光谱的斯托克斯向量与铁电液晶延迟器的光学特性参数的对应关系，拟合得到铁电液晶延迟器的光学特性参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁电液晶延迟器光学特性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、入射偏振光通过铁电液晶延迟器得到出射偏振光，同时使铁电液晶延迟器的快轴方位角在两个状态之间切换，分别测量在两个状态下出射偏振光光谱的斯托克斯向量；
S2、旋转铁电液晶延迟器，使两个状态的快轴方位角均增加Δ；
S3、重复步骤S1和S2，得到多组不同快轴方位角在两个状态下的出射偏振光光谱的斯托克斯向量，根据出射偏振光光谱的斯托克斯向量与铁电液晶延迟器的光学特性参数的对应关系，拟合得到铁电液晶延迟器的光学特性参数。


2.如权利要求1所述的铁电液晶延迟器光学特性检测方法，其特征在于，通过改变输入铁电液晶延迟器的直流驱动电压，使铁电液晶延迟器的快轴方位角在两个状态之间切换。


3.如权利要求1所述的铁电液晶延迟器光学特性检测方法，其特征在于，出射偏振光光谱的斯托克斯向量Sout(λ)与表征各光学特性参数的穆勒矩阵的关系式如下：
Sout(λ)＝R(ρ(λ))MFLC(θ+nΔ，δ(λ))Sin(λ)
其中，λ是铁电液晶延迟器光学特征参数光谱范围中的任一波长点，Sin(λ)是入射偏振光的斯托克斯向量，R(ρ(λ))是表征旋光角的穆勒矩阵，MFLC(θ+nΔ,δ(λ))表征快轴方位角和相位延迟量的穆勒矩阵。


4.如权利要求3所述的铁电液晶延迟器光学特性检测方法，其特征在于，根据出射偏振光光谱的斯托克斯向量与表征各光学特性参数的穆勒矩阵的关系式，得到出射偏振光光谱的斯托克斯向量Sout(λ)与铁电液晶延迟器光学特性参数的关系式如下：



其中，α为快轴方位角，α＝θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈修国，罗成峰，盛胜，刘世元，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42