一種橢圓偏振光分析裝置的製作方法

2023-04-24 02:08:16 2

專利名稱：一種橢圓偏振光分析裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及實驗與檢測設備，特指一種橢圓偏振光分析裝置，可用於高等院 校偏振光部分實驗、波片相位延遲和光在介質界面上反射引起的相位移動量的測 量，波片快慢軸的標定等。
技術背景橢圓偏振光分析是現代光學、光電子學、薄膜等技術中非常重要的一種方法。 現有的裝置一般有三種形式一是手動調節通過刻度盤讀出檢偏器或波片轉過的 角度；二是採用編碼盤用步進電機或手動旋轉，通過相應電路顯示檢偏器或波片 轉過的角度；三是用圓光柵作為測角裝置。以上三種方式都有不足之處，方法之 一太粗糙，僅能作為定性演示的實驗儀器；方式二有較高的精度，但相關裝置較 複雜；方式三精度較高，但價格昂貴，使用不太方便。特別是作為實驗設備不能 給出橢圓偏振光的相關參數。 發明內容本發明的目的是提供一種橢圓偏振光分析裝置，基本層次是為高等學校提供 一種偏振光分析實驗儀器；提高層次是提供一種智能化橢圓偏振光相位差測量裝 置，用於檢測光經波片後的相位延遲量、偏振光經介質界面反射後的相位延遲、 波片快慢軸的標定等。實現上述目的的技術方案為-橢圓偏振光分析裝置結構如圖1所示，由光源、起偏器、橢圓偏振光產生器、檢偏器、光電探測器組成，其特徵在於增加了空心軸步進電動機、光電信號處理單元、單片機系統、計算機控制和分析系統，空心軸步進電動機位於橢圓偏振 光產生器之後，檢偏器固定在空心軸步進電動機的軸上，空心軸步進電動機驅動 器通過導線與單片機系統連接，光電探測器通過導線與光電信號處理單元連接、光電信號處理單元再通過導線與單片機系統連接，單片機系統通過USB接口與 計算機控制系統連接。上述裝置中，將固定在空心軸步進電動機的軸上的檢偏器換為四分之一波 片，則可實現四分之一波片相位延遲量、偏振光經介質界面反射後的相位延遲量 的測量，波片快慢軸的標定等功能。
步進電機驅動器、系統電源、單片機系統、光電信號處理單元安置在一個小 型機箱內，機箱上有電源接口、電源開關、電源指示燈、光電信號輸入接口、 USB接口、光電信號放大倍數調節電位器和調零電位器。空心軸步進電機一端安裝一個可拆卸接口，接口上留有插槽，插槽內可放置 檢偏器或波片，具體是檢偏器還是波片可根據使用需要而更換。為了減少雜散光的幹擾，在光電探測器前端可裝有圓筒型光欄。待分析的光可以是自然光經起偏器和波片產生，也可以是線偏振光經界面反 射產生，其經由步進電動機帶動的檢偏器後，由光電探測器轉換為光電信號，模 擬光電信號經預處理後再由單片機系統中的A/D轉換裝置變換成數字量，單片 機系統實時採集光電信號數字量，經USB接口電路送入PC機。單片機系統一 方面用於實時採集光電信號數字量，另一方面受PC機控制產生空心軸步進電動 機所需的控制和驅動脈衝。PC機在獲得由單片機系統送來的光電信號數字量的 同時，也有了步進電機的轉角，根據光電信號和轉角的關係，利用計算機分析程 序對橢圓偏振光進行分析，獲得相應參數。以波片相位延遲的測量為例，敘述本發明裝置在橢圓偏振光分析中的方法。 光源發出的自然光，經起偏器成為線偏振光，線偏振光經橢圓偏振光產生器後成 為橢圓偏振光，橢圓偏振光經由空心軸步進電機帶動的檢偏器後射到光電探測器 上，轉換為光電信號，經處理的光電信號再經單片機系統中的A/D轉換裝置轉 換為數字量，由單片機系統採集並送入PC機，PC機調用相應處理程序，在波 片光軸坐標系中， 一方面在顯示器上顯示極坐標光強分布，同時轉換成橢圓偏振 光光矢量橢圓。計算機控制與分析系統對數據分析，求出相應光矢量橢圓外切矩形的傾角p以及橢圓長軸和X軸之間的夾角y，利用公式計算出波片的相位延 遲量。本發明具有操作簡便，精度高，可以給出給出橢圓偏振光的相關參數。


圖1系統設計方案框圖 圖2系統結構框圖
圖3單片機系統框4電腦程式流程框中標號l為光源，2為擴束準直鏡組，3為小孔光欄，4為起偏器，5為 橢圓偏振光產生器，6為空心軸步進電機，7為檢偏器，8為光電探測器，9為機 箱電源開關，10為機箱，11為步進電機接口， 12為光電信號輸入接口， 13為 USB接口， 14為放大倍數調節旋扭，15為放大器調零旋扭，16為電源指示燈17 計算機控制和分析分析系統具體實施方式
本發明裝置如圖2所示，由Z/e-A^雷射器輸出的雷射光源1經擴束準直鏡2 擴束後，通過小孔光欄3形成半徑約為1.5毫米左右的平行光束，再經起偏器4 成為線偏振光。線偏振光經橢圓偏振光產生器5形成橢圓偏振光，該橢圓偏振光 穿過安裝有檢偏器7的步進電機6空心軸，落在光電探測器8上，產生與透過檢 偏器光強成正比的微弱光電信號，光電探測器輸出的微弱光電信號經光電信號處 理單元放大後送入單片機系統的1/0 口。為了保證光電信號與光強成正比，在處 理電路中設置了調零電位器15和放大倍數調節電位器14。單片機系統接受計算機系統的指令，一方面產生步進電機所需要的驅動脈衝 和步進電機的控制脈衝；另一方面完成光電信號經A/D轉換後數字量的採集， 並將採集到的數字量通過USB接口實時傳送給計算機。單片機系統程序框圖如 圖3所示。計算機控制與分析系統17主要完成兩方面工作， 一是通過界面接受指令， 控制單片機系統進而控制步進電機；二是接收USB接口送來的光電信號數字量， 並對數據進行實時處理。處理數據的要求一是利用繪圖軟體顯示透過檢偏器的光 強與檢偏器轉角的關係，即在極坐標中顯示光強與檢偏器轉角間的關係；二是通 過程序將橢圓偏振光的光強極坐標關係轉換為光的電矢量極坐標關係；三是由光 的電矢量極坐標關係分析並計算形成橢圓偏振光的兩光矢量之間的相位差。計算 機系統程序框圖如圖4所示。本系統在實施過程中還包括綜合調試和坐標標定。綜合調試包括光路調整， 放大器零點和放大倍數調整。坐標的標定是要嚴格確定光軸坐標系中X軸即步 進電機的起始位置。
權利要求
1、一種橢圓偏振光分析裝置，由光源(1)、起偏器(4)、橢圓偏振光產生器(5)、檢偏器(7)、光電探測器(8)組成，其特徵在於增加了空心軸步進電動機(6)、光電信號處理單元、單片機系統、計算機控制和分析(17)系統，空心軸步進電動機(6)位於橢圓偏振光產生器(5)之後，檢偏器(7)固定在空心軸步進電動機(6)的軸上，空心軸步進電動機驅動器通過導線與單片機系統連接，光電探測器(8)通過導線與光電信號處理單元連接、光電信號處理單元再通過導線與單片機系統連接，單片機系統通過USB接口與計算機控制系統連接(17)。
2、 權利要求1所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特徵在於固定在空心 軸步進電動機的軸上的檢偏器換為四分之一波片。
3、 權利要求2所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特徵在於空心軸步進 電機一端安裝有可拆卸接口，接口上留有插槽，插槽內放置檢偏器或波片。
4、權利要求1所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特徵在於在光電探測 器前端裝有圓筒型光欄。
5、 權利要求1所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特徵在於步進電機驅動器、系統電源、單片機系統、光電信號處理單元安置在一個機箱(10)內，機 箱(10)上有電源接口、電源開關(9)、電源指示燈(16)、光電信號輸入接口 (12)、USB接口 (13)、光電信號放大倍數調節電位器(14)和調零電位器(15)。
全文摘要
本發明涉及實驗與檢測設備，特指一種橢圓偏振光分析裝置。本發明採用在空心軸步進電機軸上安裝檢偏器的方法，當步進電機在控制信號和驅動脈衝作用下旋轉時，帶動檢偏器作方位角掃描。光電探測器接收按檢偏器方位角掃描的光強信號並轉換為電信號，光電信號經電路處理後再經A/D轉換為數字量。單片機系統控制步進電機的正、反轉，快、慢和步距，同時採集光電信號數字量。採集到的數字量經USB接口輸入PC機，PC機對接收到的數據進行分析處理，顯示相關圖形和曲線，並計算和輸出橢圓偏振光的相關參數。PC機設置人機界面，通過USB接口控制單片機從而控制整個系統，完成相關任務。本發明具有操作簡便，精度高，可以給出給出橢圓偏振光的相關參數。
文檔編號G01J4/00GK101126662SQ20071013267
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者佘寶蘭, 曹國榮, 波 潘, 董榮生 申請人:江蘇大學