寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置的製作方法

2023-05-20 04:45:26

專利名稱：寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及薄膜的光譜測量，特別是一種寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置。
背景技術：
資訊時代的網絡技術，使共享信息和集合信息的需要日益突出，這造就了對超大屏幕顯示的最大需求，傳統的以CRT作為圖像發生源的顯示技術由於其大體積、大重量以及受自身亮度的限制，逐漸成為限制其發展的瓶頸，代之而來的是以LCD(Liquid Crystal Display)、DLP(Digital Light Processing)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)為機理的大屏幕投影顯示系統，除了DLP顯示之外，投影顯示系統都要用到含有寬角度寬光譜偏振分光鏡的光學元件。偏振分光鏡是上述投影顯示系統中重要的薄膜元件，它的性能直接影響到圖像的對比度、色彩的一致性和光能的利用率。
在上述寬角度寬光譜薄膜元件的研製過程中，一個一直讓所有人困惑的問題是如何精確測量它在每個角度和每個波長上的兩個偏振光的光譜特性及其消光比。現有的光譜測量最先進Lambda系列測試裝置，如果想滿足以上的測量需求，需要製作大量不同角度的放置架，而且它還不能直接給出消光比，因此在實際應用中受到很大的限制。在有些文獻中也報導過這方面的裝置，但他們只能粗略測出消光比，或者只能測出兩種偏振光的光譜特性。因此實際上如何研究發明出一個既能測量消光比又能測量光譜的測量裝置還一直是空白。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於克服上述現有技術的困難，提供一種寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，它既能測寬光譜偏振分束膜的光譜，又能測量其消光比，最主要的是它能開展不同入射角度的光譜測量。
本發明的技術解決方案
一種寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特點是沿主光路依次包括光源、單色儀、起偏稜鏡、分束鏡、光闌、錐狀稜鏡、能量計，所述的起偏稜鏡置於旋轉平臺1上，所述的錐狀稜鏡和待測樣品都置於旋轉平臺2上，在分束鏡的反射光路上設對比光能量計，還有一計算機，該計算機一方面按測量程序控制旋轉平臺1和旋轉平臺2的運動，另一方面接收能量計和對比光能量計的測試結果並進行數據處理，顯示或列印出測試樣品的光譜和消光比。
所述的光源為寬光譜滷鎢燈，以提供可見波段的寬光譜的光源。
所述的光柵單色儀其精度應≤0.1nm。
所述的起偏稜鏡為起偏稜鏡組合，主要目的在於能保證輸出光有高度的偏振特性，平行入射光的出射光為P偏振態光、垂直出射光為S偏振態光)，該組合被放置在一個可精確控制的旋轉平臺1上，從而可以根據後面測量程序的需要，選擇所需要的偏振態。
可旋轉平臺2應能精確控制入射光和測量樣品膜面的入射角度，實現寬角度光譜測量。
分束鏡，通過它的精確分光特性，可以為我們提供一個和測量光束相比較的對比光束，它可以消除由於光源的抖動和不穩定性對測量結果的影響。
錐狀稜鏡在於消除由於測量角度的變化帶來出射光斑的偏移。
本發明裝置的測試原理如下設分束鏡對P光的分束比為α(T/R+T)(該項為已知條件)，設分束鏡前光的能量為I，兩個能量計的讀數分別為I1，I2，待測樣品的的P光的透過率為Tp，則對某一單一波長和特定的入射角來說，有I·α·Tp＝I1I·(1-α)＝I2由上式得1-Tp=I1I2]]>所以Tp=I1I21-]]>同樣道理，當旋轉稜鏡組合90度，由於入射面的變化，此時透射的光的偏振態即為S光，按照上述方法我們也可以求得T。所以消光比=TpTs]]>亦可求出。
因此我們對一特定波長測出其對每一個入射角度的Tp，Ts，ρ，然後我們重複以上的測試方式對需要測試光譜範圍內的每一個波長進行測試，分別測出各自的Tp，Ts，ρ，最後我們將所有的測試數據經過計算機處理，就能獲得所需要的測試結果。
如何消除由於角度變化帶來的光斑的移動？由於入射角度的變化導致待測樣品出射面出射光束焦斑的移動，這給能量計的對準測量帶來了一定的困難，如何實現對出射光的動態跟蹤，我們採用的是梯形錐狀稜鏡的全反射原理來實現的，如圖28-1聚焦透鏡，8-2光纖，不同入射角的出射光束經過稜鏡的全反射作用，會聚到一點，然後通過透鏡的耦合進入光纖，其中帶測樣品、錐狀稜鏡、耦合透鏡和光纖的尾端都是固定在一起的，同時置於可旋轉平臺2上，這樣就可以克服一切因為角度的變化對測量帶來的問題。
假設錐狀稜鏡的的折射率為n，則其全反射角度θc＝Sin-1(1/n)，設該稜鏡的剖視圖如圖3所示，其頂角為ω，由於ω＞0，所以光線在內壁上發生一次反射後，發射角就減小ω/2，從第二次反射開始，以後每次反射後，反射角就減小ω， 所以為了滿足全反射條件 稜鏡實現「漏鬥」的條件sin(0+/2)a1a2[1-(1n)2]1/2]]>若ω很小，則sin(/2)a1a2[1-(1n)2]1/2-sin0cos0]]>而sin(/2)=a2-a1l]]>所以l>(a2-a1)cos0a1a2[1-(1n)2]1/2-sin0]]>因此只要在選擇錐狀稜鏡的大小時滿足這個條件就可以實現其「漏鬥」效應，達到我們的目的。
本發明的優點1、本發明裝置既能測試偏振分束鏡的對每一個入射角度的光譜，同時也能給出其消光比。
2、錐狀稜鏡的引入，解決了由於入射角度的變化，出射光的光斑產生移動給能量計的測量帶來的困難，本發明可以實現動態跟蹤，從而達到多角度測量。
3、採用稜鏡組合起偏，在保持非常高的消光比的同時比一般的的格蘭泰勒稜鏡便宜、易於製作、不受到尺寸大小的限制且易於安裝。
4、對比光束的引入，消除了由於光源的抖動和不穩定性給測量結果帶來的影響。
5、部分光路採用光纖傳輸，減少了光能量的損失，提高了耦合精度和測量精度。
6、本裝置全部用計算機精確控制，測試結果能直接顯示出來。裝置的性能穩定可靠，測試結果精確。


圖1是本發明寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置最佳實施例的結構框2是帶測樣品、錐狀稜鏡、耦合透鏡和光纖的尾端的組合3是錐狀稜鏡剖視圖具體實施方式
先請參閱圖1，圖1是本發明寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置最佳實施例的結構框圖，由圖可見，本發明寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置的構成是沿主光路依次包括寬光譜滷鎢燈光源1、單色儀2、一對起偏稜鏡組合3、分束鏡5、光闌6、錐狀稜鏡8、能量計10，所述的起偏稜鏡3置於旋轉平臺4上，所述的錐狀稜鏡8後還有耦合透鏡81和光纖82，並將待測樣品7、錐狀稜鏡8、耦合透鏡81和光纖82的尾端都固定在一起，同時置於可旋轉平臺9上。在分束鏡5的反射光路上設對比光能量計11，還有一計算機12，該計算機12一方面按測量程序控制旋轉平臺4和旋轉平臺9的運動，另一方面接收能量計10和對比光能量計11的測試結果並進行數據處理。
所述的光柵單色儀2其精度應≤0.1nm。
整個光路的流程是由寬光譜滷鎢燈光源1發出的光，經過光柵單色儀2以後成為一準單色光，經過一稜鏡組合的起偏裝置3，透射的光為P光，經過分束鏡5以後，被分成兩部分，其中被反射的一束作為對比光，透射的為測量光束，測量光束經過準直後直接入射到帶測樣品7上，通過錐狀稜鏡8的後由耦合透鏡81耦合到光纖82裡面，能量計10檢測到透射能量，將其和由對比光能量計11測得的對比光束能量進行比較，便可由計算機12計算出光譜和消光比。具體測試過程如上所述，在此不再贅述。
權利要求
1.一種寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特徵在於沿主光路依次包括光源(1)、單色儀(2)、起偏稜鏡(3)、分束鏡(5)、光闌(6)、錐狀稜鏡(8)、能量計(10)，所述的起偏稜鏡(3)置於旋轉平臺1(4)上，所述的錐狀稜鏡(8)和待測樣品(7)都置於旋轉平臺2(9)上，在分束鏡(5)的反射光路上設對比光能量計(11)，還有一計算機(12)，該計算機(12)一方面按測量程序控制旋轉平臺1(4)和旋轉平臺2(9)的運動，另一方面接收能量計(10)和對比光能量計(11)的測試結果並進行數據處理。
2.根據權利要求1所述的寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特徵在於所述的光源(1)為寬光譜滷鎢燈。
3.根據權利要求1所述的寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特徵在於所述的光柵單色儀(2)其精度應≤0.1nm。
4.根據權利要求1所述的寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特徵在於所述的起偏稜鏡(3)為起偏稜鏡組合。
5.根據權利要求1所述的寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特徵在於所述的錐狀稜鏡(8)後還有耦合透鏡(81)和光纖(82)，並將待測樣品(7)、錐狀稜鏡(8)、耦合透鏡(81)和與能量計(10)相連的光纖(82)的尾端都固定在一起，同時置於可旋轉平臺2(9)上。
全文摘要
一種寬角度寬光譜的偏振分束膜特性的測量裝置，其特點是沿主光路依次包括光源、單色儀、起偏稜鏡、分束鏡、光闌、錐狀稜鏡、能量計，所述的起偏稜鏡置於旋轉平臺1上，所述的錐狀稜鏡和待測樣品都置於旋轉平臺2上，在分束鏡的反射光路上設對比光能量計，還有一計算機，該計算機一方面按測量程序控制旋轉平臺1和旋轉平臺2的運動，另一方面接收能量計和對比光能量計的測試結果並進行數據處理，顯示或列印出測試樣品的光譜和消光比。本裝置具有性能穩定可靠、操作方便、測試結果精確的優點。
文檔編號G01J3/42GK1475780SQ0312934
公開日2004年2月18日 申請日期2003年6月18日 優先權日2003年6月18日
發明者徐學科, 湯兆勝, 範正修, 邵建達 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所