專利名稱：一種橢圓偏振光分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實驗與檢測設(shè)備，特指一種橢圓偏振光分析裝置，可用于高等院 校偏振光部分實驗、波片相位延遲和光在介質(zhì)界面上反射引起的相位移動量的測 量，波片快慢軸的標(biāo)定等。
技術(shù)背景橢圓偏振光分析是現(xiàn)代光學(xué)、光電子學(xué)、薄膜等技術(shù)中非常重要的一種方法。 現(xiàn)有的裝置一般有三種形式一是手動調(diào)節(jié)通過刻度盤讀出檢偏器或波片轉(zhuǎn)過的 角度；二是采用編碼盤用步進電機或手動旋轉(zhuǎn)，通過相應(yīng)電路顯示檢偏器或波片 轉(zhuǎn)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(guān)裝置較 復(fù)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(shè)備不能 給出橢圓偏振光的相關(guān)參數(shù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)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(xué)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，用于檢測光經(jīng)波片后的相位延遲量、偏振光經(jīng)介質(zhì)界面反射后的相位延遲、 波片快慢軸的標(biāo)定等。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為-橢圓偏振光分析裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，由光源、起偏器、橢圓偏振光產(chǎn)生器、檢偏器、光電探測器組成，其特征在于增加了空心軸步進電動機、光電信號處理單元、單片機系統(tǒng)、計算機控制和分析系統(tǒng)，空心軸步進電動機位于橢圓偏振 光產(chǎn)生器之后，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(qū)動 器通過導(dǎo)線與單片機系統(tǒng)連接，光電探測器通過導(dǎo)線與光電信號處理單元連接、光電信號處理單元再通過導(dǎo)線與單片機系統(tǒng)連接，單片機系統(tǒng)通過USB接口與 計算機控制系統(tǒng)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(xiàn)四分之一波片相位延遲量、偏振光經(jīng)介質(zhì)界面反射后的相位延遲量 的測量，波片快慢軸的標(biāo)定等功能。
步進電機驅(qū)動器、系統(tǒng)電源、單片機系統(tǒng)、光電信號處理單元安置在一個小 型機箱內(nèi)，機箱上有電源接口、電源開關(guān)、電源指示燈、光電信號輸入接口、 USB接口、光電信號放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器和調(diào)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(nèi)可放置 檢偏器或波片，具體是檢偏器還是波片可根據(jù)使用需要而更換。為了減少雜散光的干擾，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(jīng)起偏器和波片產(chǎn)生，也可以是線偏振光經(jīng)界面反 射產(chǎn)生，其經(jīng)由步進電動機帶動的檢偏器后，由光電探測器轉(zhuǎn)換為光電信號，模 擬光電信號經(jīng)預(yù)處理后再由單片機系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換裝置變換成數(shù)字量，單片 機系統(tǒng)實時采集光電信號數(shù)字量，經(jīng)USB接口電路送入PC機。單片機系統(tǒng)一 方面用于實時采集光電信號數(shù)字量，另一方面受PC機控制產(chǎn)生空心軸步進電動 機所需的控制和驅(qū)動脈沖。PC機在獲得由單片機系統(tǒng)送來的光電信號數(shù)字量的 同時，也有了步進電機的轉(zhuǎn)角，根據(jù)光電信號和轉(zhuǎn)角的關(guān)系，利用計算機分析程 序?qū)E圓偏振光進行分析，獲得相應(yīng)參數(shù)。以波片相位延遲的測量為例，敘述本發(fā)明裝置在橢圓偏振光分析中的方法。 光源發(fā)出的自然光，經(jīng)起偏器成為線偏振光，線偏振光經(jīng)橢圓偏振光產(chǎn)生器后成 為橢圓偏振光，橢圓偏振光經(jīng)由空心軸步進電機帶動的檢偏器后射到光電探測器 上，轉(zhuǎn)換為光電信號，經(jīng)處理的光電信號再經(jīng)單片機系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量，由單片機系統(tǒng)采集并送入PC機，PC機調(diào)用相應(yīng)處理程序，在波 片光軸坐標(biāo)系中， 一方面在顯示器上顯示極坐標(biāo)光強分布，同時轉(zhuǎn)換成橢圓偏振 光光矢量橢圓。計算機控制與分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分析，求出相應(yīng)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(fā)明具有操作簡便，精度高，可以給出給出橢圓偏振光的相關(guān)參數(shù)。


圖1系統(tǒng)設(shè)計方案框圖 圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖3單片機系統(tǒng)框4計算機程序流程框中標(biāo)號l為光源，2為擴束準(zhǔn)直鏡組，3為小孔光欄，4為起偏器，5為 橢圓偏振光產(chǎn)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(guān)，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(shù)調(diào)節(jié)旋扭，15為放大器調(diào)零旋扭，16為電源指示燈17 計算機控制和分析分析系統(tǒng)具體實施方式
本發(fā)明裝置如圖2所示，由Z/e-A^激光器輸出的激光光源1經(jīng)擴束準(zhǔn)直鏡2 擴束后，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(jīng)起偏器4 成為線偏振光。線偏振光經(jīng)橢圓偏振光產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)光電信號處 理單元放大后送入單片機系統(tǒng)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(shè)置了調(diào)零電位器15和放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器14。單片機系統(tǒng)接受計算機系統(tǒng)的指令，一方面產(chǎn)生步進電機所需要的驅(qū)動脈沖 和步進電機的控制脈沖；另一方面完成光電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的采集， 并將采集到的數(shù)字量通過USB接口實時傳送給計算機。單片機系統(tǒng)程序框圖如 圖3所示。計算機控制與分析系統(tǒng)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(tǒng)進而控制步進電機；二是接收USB接口送來的光電信號數(shù)字量， 并對數(shù)據(jù)進行實時處理。處理數(shù)據(jù)的要求一是利用繪圖軟件顯示透過檢偏器的光 強與檢偏器轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即在極坐標(biāo)中顯示光強與檢偏器轉(zhuǎn)角間的關(guān)系；二是通 過程序?qū)E圓偏振光的光強極坐標(biāo)關(guān)系轉(zhuǎn)換為光的電矢量極坐標(biāo)關(guān)系；三是由光 的電矢量極坐標(biāo)關(guān)系分析并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(tǒng)程序框圖如圖4所示。本系統(tǒng)在實施過程中還包括綜合調(diào)試和坐標(biāo)標(biāo)定。綜合調(diào)試包括光路調(diào)整， 放大器零點和放大倍數(shù)調(diào)整。坐標(biāo)的標(biāo)定是要嚴(yán)格確定光軸坐標(biāo)系中X軸即步 進電機的起始位置。
權(quán)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(chǎn)生器(5)、檢偏器(7)、光電探測器(8)組成，其特征在于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(tǒng)、計算機控制和分析(17)系統(tǒng)，空心軸步進電動機(6)位于橢圓偏振光產(chǎn)生器(5)之后，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(qū)動器通過導(dǎo)線與單片機系統(tǒng)連接，光電探測器(8)通過導(dǎo)線與光電信號處理單元連接、光電信號處理單元再通過導(dǎo)線與單片機系統(tǒng)連接，單片機系統(tǒng)通過USB接口與計算機控制系統(tǒng)連接(17)。
2、 權(quán)利要求1所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特征在于固定在空心 軸步進電動機的軸上的檢偏器換為四分之一波片。
3、 權(quán)利要求2所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特征在于空心軸步進 電機一端安裝有可拆卸接口，接口上留有插槽，插槽內(nèi)放置檢偏器或波片。
4、權(quán)利要求1所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特征在于在光電探測 器前端裝有圓筒型光欄。
5、 權(quán)利要求1所述的一種橢圓偏振光分析裝置，其特征在于步進電機驅(qū)動器、系統(tǒng)電源、單片機系統(tǒng)、光電信號處理單元安置在一個機箱(10)內(nèi)，機 箱(10)上有電源接口、電源開關(guān)(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(shù)調(diào)節(jié)電位器(14)和調(diào)零電位器(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及實驗與檢測設(shè)備，特指一種橢圓偏振光分析裝置。本發(fā)明采用在空心軸步進電機軸上安裝檢偏器的方法，當(dāng)步進電機在控制信號和驅(qū)動脈沖作用下旋轉(zhuǎn)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并轉(zhuǎn)換為電信號，光電信號經(jīng)電路處理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機系統(tǒng)控制步進電機的正、反轉(zhuǎn)，快、慢和步距，同時采集光電信號數(shù)字量。采集到的數(shù)字量經(jīng)USB接口輸入PC機，PC機對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，顯示相關(guān)圖形和曲線，并計算和輸出橢圓偏振光的相關(guān)參數(shù)。PC機設(shè)置人機界面，通過USB接口控制單片機從而控制整個系統(tǒng)，完成相關(guān)任務(wù)。本發(fā)明具有操作簡便，精度高，可以給出給出橢圓偏振光的相關(guān)參數(shù)。
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(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者佘寶蘭, 曹國榮, 波 潘, 董榮生 申請人:江蘇大學(xué)