本发明专利技术公开了一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法，包括双光路模块、正交偏光系统、厚度测量模块、补色器、位相检测模块及与其均直接相连的成像模块和光程差测算模块；双光路模块与正交偏光系统直接相连且位于正交偏光系统后部；厚度测量模块与正交偏光系统的载物台直接相连；补色器位于正交偏光系统中间镜筒中；成像模块位于正交偏光系统光路中上偏光镜之上。本发明专利技术以干涉补色原理为基础，借助“异名轴相交，干涉色降低”的干涉规律，通过补色器调整样品干涉色从而获得样品光程差，进而得到样品在不同波长下的双折射率，极大地提高了双折射率的测量精度和测试效率，有助于非线性光学晶体、双折射晶体等新型光学材料的快速筛选。筛选。筛选。
【技术实现步骤摘要】
一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法
[0001]本专利技术属于材料性能分析测试
，具体而言，涉及一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法。
技术介绍
[0002]非线性光学晶体能够对现有光源进行频率转换以获得更多波段的激光输出，是全固态激光器的核心部件。而非线性光学晶体实现频率转换必须满足相位匹配条件：适中的双折射率。受制于此，大量已有的非线性光学晶体无法实现相位匹配输出。以双折射率测试分析为技术途径进行新材料探索，将有助于快速筛选满足相位匹配条件的新型非线性光学晶体。同时，双折射率作为各向异性光学晶体的重要特性之一，是偏光棱镜、光学相位延迟器等光学器件的重要设计基础。因此，晶体的双折射率测试尤为重要。常用的双折射率测试方法大都是基于晶体的主折射率测量计算得到双折射率，如：最小偏向角法、莫尔条纹法、迈克尔逊干涉法、棱镜耦合法等。这些方法对晶体的尺寸和加工精度要求较高，基于新材料探索阶段的微晶难以达到测试要求。此外，电光调制法和干涉补色法也都可以用于双折射率的测试。但电光调制法同样存在晶体尺寸和加工精度的要求，而干涉补色法对晶体尺寸的要求大为降低。所谓干涉补色法是指在正交偏光视场下，晶体的干涉色是由晶体的双折射率和厚度共同决定的，通过干涉补色确定其光程差，从而推算出双折射率。因为正交偏光下，下偏振光通过双折射晶体后分解为两束具有相同频率、相同偏光振动面、和恒定位相差的偏振光，满足发生干涉作用的三个条件，按照“异名轴重合，干涉色降低”的规律，采用补色器补出晶体的光程差。由于干涉补色法多在偏光显微镜下完成，要求的晶体厚度多为微米量级，极大地降低了晶体制备难度，近年来其在新型非线性光学晶体和双折射晶体探索方面发挥了巨大作用。然而，现有干涉补色测试方法大都是采用卤素灯作光源，得到的是白光下的双折射率，忽视了双折射率的频率色散特性。同时，补色观察完全是在肉眼分辨基础上完成的，缺乏足够的数据支持和科学严谨性。
技术实现思路
[0003]本专利技术旨在提供一种光学材料双折射率的测试装置和测试方法，以解决现有测试方法难以精确测量微小晶粒双折射率的问题，有利于新型非线性光学晶体和双折射晶体筛选效率的极大提高。
[0004]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种光学材料双折射率的测试装置，包括双光路模块、正交偏光系统、厚度测量模块、补色器、位相检测模块以及与位相检测模块均直接相连的成像模块和光程差测算模块；双光路模块与正交偏光系统直接相连且位于正交偏光系统后部；厚度测量模块与正交偏光系统的载物台直接相连；所述补色器位于正交偏光系统的中间镜筒中；成像模块位于正交偏光系统光路中上偏光镜之上。
[0005]根据本专利技术，双光路模块包括：参照光源，配置为提供光程差测试用的参照比对光源；以及检测光源，提供光程差测试的波长连续可调的单色光，配置为用于不同波长下双折
射率的测试。优选地，所述参照光源为白光。
[0006]根据本专利技术，正交偏光系统包括用于样品光学性质观察的光学部分和辅助光学部分工作的必要机械部分，光学部分由下偏光镜、用于样品放置和方向调整的载物台、物镜、中间镜筒以及上偏光镜组成，所述上偏光镜配置为用于调制从样品出射的两束光波的偏振态。优选地，所述下偏光镜由偏光片制成，配置为用于调制光源的偏振态。
[0007]优选地，载物台为边缘有360
°
的刻度且能够水平旋转的圆形平台，所述载物台与固定的游标尺配合以直接读出载物台的旋转角度。优选地，所述载物台中央具有一个圆形通光孔，样品借助载玻片放于载物台的通光孔之上，并通过载物台的调节滑尺进行对中调整。
[0008]根据本专利技术，物镜由多个透镜组合而成，用于样品放大。优选地，所述上偏光镜的振动方向始终与下偏光镜的振动方向垂直。
[0009]根据本专利技术，补色器插入载物台和上偏光镜之间，位于正交偏光系统的45
°
位置。优选地，补色器为一宽透光波段的双折射晶体(如MgF2晶体)镶嵌在带有千分滑尺的长条状金属框中，通过旋转角度调整器来转动双折射晶体，从而改变其光程差。
[0010]根据本专利技术，厚度测量模块与载物台相连接，配置为用于原位样品纵向厚度的直接测试，通过不同聚焦位置测算得到厚度差值。
[0011]根据本专利技术，成像模块位于偏光系统光路中上偏光镜之上，配置为精准记录光程补偿过程中晶体位相变化的动态过程，以及补色器调零和补色过程的角度变化。优选地，成像模块为CCD图像传感器。
[0012]根据本专利技术，位相检测模块与CCD图像传感器相连，配置为用于补色过程中光学位相的灵敏检测。优选地，所述位相检测模块为电光调制器或锁相放大器。
[0013]根据本专利技术，光程差测算模块为一图像处理和光程差测算程序，与位相检测模块相连，写有不同波长下补色器角度对应的光程差，通过读取补色器的角度图像给出相应的光程差值用于补色器旋转角度记录和光程差换算。
[0014]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种利用上述光学材料双折射率测试装置的测试方法，包括以下步骤：步骤1，开启光源、厚度测量模块、成像模块、位相检测模块和光程差测算模块；步骤2，将微米级厚度的薄片晶体样品放于载玻片上，将载玻片置于载物台通光孔之上，借助物镜和成像模块将样品调中和准焦；旋转载物台并通过位相检测模块找到薄片晶体样品的消光位置，旋转载物台至45
°
位置。步骤3，在载物台和上偏光镜之间的中间镜筒试板孔中插入补色器，旋转所述补色器至位相检测模块检测为补色器零点位置，继续旋转所述补色器至位相检测模块显示消光位为止，成像模块记录补色器的旋转角度，并反馈给光程差测算模块，计算得到样品的光程差；步骤4，关闭参照光源，切换检测光源，具体测试过程同上，以546nm附近单色光源为中心分别向长波长和短波长两边扩展测试，得到不同波长下的光程差，并通过厚度测量模块获得样品的精准厚度；步骤5，根据公式R(λ)＝n(λ)
×
d，从而获得样品在不同波长下的双折射率，其中，所述R(λ)为待测样品的光程差，n(λ)为待测样品的双折射率，d为待测样品厚度。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术提供以干涉补色原理为基础，借助“异名轴相交，干涉色降低”的干涉规律，通过补色器调整样品的干涉色从而获得样品的光程差，进而计算得到样品在不同波长下的
双折射率。本专利技术基于微晶颗粒的双折射率测试装置及测试方法，极大地提高了双折射率的测量精度和测试效率，有助于非线性光学晶体、双折射晶体等新型光学材料的快速筛选。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中光学材料双折射率测试装置的宏观结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例中光学材料双折射率测试装置的具体结构示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例中用于双折射率测试装置中补色器的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本专利技术做进一步的详细说明。需要强调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光学材料双折射率测试装置，其特征在于，包括双光路模块(10)、正交偏光系统(20)、厚度测量模块(30)、补色器(40)、位相检测模块(60)以及与所述位相检测模块(60)均直接相连的成像模块(50)和光程差测算模块(70)；所述双光路模块(10)与正交偏光系统(20)直接相连且位于正交偏光系统(20)后部；所述厚度测量模块(30)与正交偏光系统(20)的载物台(22)直接相连；所述补色器(40)位于正交偏光系统(20)的中间镜筒(24)中；所述成像模块(50)位于正交偏光系统(20)光路中上偏光镜(25)之上。2.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述双光路模块(10)包括：参照光源(11)，配置为提供光程差测试用的参照比对光源；以及检测光源(12)，提供光程差测试的波长连续可调的单色光，配置为用于不同波长下双折射率的测试。优选地，所述参照光源(11)为白光。3.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述正交偏光系统(20)包括用于样品光学性质观察的光学部分，由下偏光镜(21)、用于样品放置和方向调整的载物台(22)、物镜(23)、中间镜筒(24)以及上偏光镜(25)组成，所述上偏光镜(25)配置为用于调制从样品出射的两束光波的偏振态。优选地，所述下偏光镜(21)由偏光片制成，配置为用于调制光源的偏振态。优选地，所述载物台(22)为边缘有360
°
的刻度且能够水平旋转的圆形平台，所述载物台(22)与固定的游标尺配合以直接读出载物台(22)的旋转角度。优选地，所述载物台(22)中央具有一个圆形通光孔，样品借助载玻片放于载物台(22)的通光孔之上，并通过载物台(22)的调节滑尺进行对中调整。4.根据权利要求3所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述物镜(23)由多个透镜组合而成，用于样品放大。优选地，所述上偏光镜(25)的振动方向始终与下偏光镜(21)的振动方向垂直。5.根据权利要求3所述的光学材料双折射率测试装置，其特征在于，所述补色器(40)插入中间镜筒(24)试板孔中，且位于所述正交偏光系统(20)的45
°
位置。优选地，所述补色器(40)为一宽透光波段的双折射晶体(41)镶嵌在带有千分滑尺的长条状金属框中，通过旋转角度调整器(42)来转动双折射晶体，从而改变其光程差。6.根据权利要求1所述的光学材料双折射率测试装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙西法，王祖建，杨云，苏榕冰，何超，杨晓明，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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