一种判断铁电液晶波片(FeLC)快慢轴方位的新方法
一种判断铁电液晶波片(FeLC)快慢轴方位的新方法
【专利摘要】本发明属于偏振光学检测【技术领域】，涉及一种判断铁电液晶波片(FeLC)快慢轴方位的新方法。本发明根据旋转波片法和相位调制法的基本原理，将待测FeLC置于椭偏场中，由偏振光学传输理论获得出射光强与FeLC快慢轴参考方位之间的函数关系，通过测量FeLC调制后的两个出射光强是否相等判断其快慢轴的参考方位。该测量方法不依赖于FelC的相位延迟和调制角以及椭偏场中其他波片的相位延迟，测量方法简单易行且精度高，可以广泛应用于任意相位延迟的铁电液晶波片的快慢轴判断。
【专利说明】-种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于偏振光学检测【技术领域】，特别是一种适用于判断铁电液晶波片（FeLC) 快慢轴方位的新方法。
【背景技术】
[0002] 铁电液晶波片（FeLC)在低压控制下将以一定的调制角快速变换其快慢轴方位， 从而实现对偏振态的调制，其作为重要的光电调制器件广泛应用于偏振光学、太阳磁场测 量等研究领域。对于铁电液晶波片，表示质量的技术参量数量虽然没有统一要求，但是，快 慢轴方向是必定要明确标识的技术参量之一。目前波片快慢轴方位的判断方法主要有迈克 尔逊干涉法、旋转波片法、相位调制法、调制补偿法等，然而这些方法主要适用于快慢轴方 位固定的波片。对于快慢轴方位快速变换的铁电液晶波片，传统的这些方法或者无法判断， 或者操作非常复杂、测量精度低，不适于广泛推广。
[0003] 本发明中设定快速变换的两个快轴方位的角平分线位置为其快慢轴参考方位，通 过判断快慢轴参考方位代替判断其真实的快慢轴方位。而且，FeLC的参考方位在偏振测量 中更有实际意义。本发明根据旋转波片法和相位调制法的基本原理，将待测FeLC置于椭偏 场中，由偏振光学传输理论获得出射光强与FeLC快慢轴参考方位角之间的函数关系，通过 测量FeLC调制后的两个出射光强是否相等判断其快慢轴的参考方位。该测量方法不依赖 于FelC的相位延迟和调制角以及椭偏场中其他波片的相位延迟，测量方法简单易行且精 度高，可以广泛应用于任意相位延迟的铁电液晶波片的快慢轴判断。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，该方 法可以判断任意相位延迟的铁电液晶波片的快慢轴方位。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
[0006] -种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，测量结构主要包括光源1、 干涉滤光片2、起偏器3、被测样品（FeLC)4、波片5、检偏器6、探测器7、示波器8和电压控 制器9。该判断方法步骤如下 ：
[0007] 1)起偏器3和检偏器6构成一个正交偏振干涉光路，此时由检偏器6输出端光强 为零；
[0008] 2)将波片5放入光路中，置于检偏器6之前，调整波片5使其快轴方位与起偏器的 透射光轴夹角为45度，构成椭偏场；
[0009] 3)将被测样品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由电压控制器9控制输出 电压，被测样品的快轴将以调制角△快速变换。设定变换的两个快轴方位的角平分线位置 为被测样品的快轴参考方位Θ，根据偏振光学传输理论得到两个出射光强L和1 2与系统 各个偏振参数的关系如下：
[0010] L = 1-cos2 (2 θ + Δ ) cos δ「sin2 (2 θ + Δ ) cos δ cos δ jsin δ sin δ pin (2 θ + Δ ) (1)
[0011] I2 = 1-cos2 (2 θ - Δ ) cos δ「sin2 (2 θ - Δ ) cos δ cos δ Asin δ sin δ pin (2 θ - Δ ) (2)
[0012] Ι「Ι2 = (cos δ -1) cos δ i (cos2 (2 θ + Δ ) -cos2 (2 θ - Δ ))
[0013] +sin δ sin δ "sinU θ + A)-sin(2 θ - Δ)) (3)
[0014] 其中，δ 1和δ分别为波片5和被测样品（FeLC)4的相位延迟。由⑶式可知， 当Θ = ±45°时，两个出射光强II和12相等。此时，被测样品（FeLC)4的快轴参考方位 与起偏器透射光轴的夹角为45度；
[0015] 4)旋转被测样品（FeLC)4,出射光强由探测器7接收并转化为电信号传送给示波 器8,由示波器8观察输出的两个光强值的快速变化。当两光强相等时停止旋转，此时被测 样品（FeLC)4的快轴参考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度；
[0016] 在上述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法中，所述的干涉滤 光片2根据被测波长选择，带宽要求小于lnm ;
[0017] 在上述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法中，所述的波片5为 云母或石英或其他材料的波片，其快轴方位固定且相位延迟可以是除〇度和180度以外的 任意延迟；
[0018] 综上所述，本发明的优点在于：
[0019] 1.通过判断铁电液晶波片快慢轴的参考方位代替判断其真实的快慢轴方位，更有 实际应用价值；
[0020] 2.通过测量两个出射光强是否相等判断快慢轴的参考方位，判断方法不依赖被测 样品（FeLC)4的相位延迟δ、调制角Λ以及波片5的相位延迟δ i ;
[0021] 3.波片5的使用消除了快慢轴参考方位判断的45度不确定性；
[0022] 4.整个测量方法和装置简单易行，测试精度高，对实验条件和环境要求不高，适用 范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法的构成原理图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的实施例结合【专利附图】
【附图说明】如下：
[0025] 参见图1，本发明一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法的结构由光 源1、干涉滤光片2、起偏器3、被测样品（FeLC)4、波片5、检偏器6、探测器7、示波器8和电 压控制器9组成。被测样品（FeLC)4由电压控制器9控制使得其快轴方位以调制角Λ快 速变换。光源1产生的光束通过干涉滤光片2滤光得到准单色光，出射光束经过起偏器3、 被测样品（FeLC) 4、波片5、检偏器6,被探测器7接收并转换为电信号传送给示波器8。
[0026] 采用上述测量结构，本发明一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法 测量步骤如下所示：
[0027] 1)起偏器3和检偏器6构成一个正交偏振干涉光路，此时由检偏器6输出端光强 为零；
[0028] 2)将波片5放入光路中，置于检偏器6之前，调整波片5使其快轴方位与起偏器的 透射光轴夹角为45度，构成椭偏场；
[0029] 3)将被测样品（FeLC)4置于起偏器3之后，由铁电液晶低压控制电源9控制输出 电压，被测样品的快轴将以调制角△快速变换。旋转被测样品（FeLC)4,由示波器8观察输 出的两个光强值的快速变化。当两光强相等时停止旋转，此时被测样品（FeLC)4的快轴参 考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度。
[0030] 上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应 视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
【权利要求】
1. 一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，其特征在于：一种判断铁电液 晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，测量结构主要包括光源1、干涉滤光片2、起偏器3、被 测样品（FeLC)4、波片5、检偏器6、探测器7、示波器8和电压控制器9。该判断方法步骤如 下： 1) 起偏器3和检偏器6构成一个正交偏振干涉光路，此时由检偏器6输出端光强为零； 2) 将波片5放入光路中，置于检偏器6之前，调整波片5使其快轴方位与起偏器的透射 光轴夹角为45度，构成椭偏场； 3) 将被测样品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由电压控制器9控制输出电压， 被测样品的快轴将以调制角△快速变换。设定变换的两个快轴方位的角平分线位置为被 测样品的快轴参考方位Θ，根据偏振光学传输理论得到两个出射光强L和1 2与系统各个 偏振参数的关系如下： 11. l-cosWQ+AjcosSfsir^OQ+AjcosScosSi+sinSsinSiSinQQ+A) (1) 12. l-cosWQ-AjcosSfsir^OQ-AjcosScosSi+sinSsinSiSinQQ-A) (2) I「I2 = (cos δ -1) cos δ i (cos2 (2 θ + Δ ) -cos2 (2 θ - Δ )) +sin δ sin δ i (sin (2 θ + Δ ) -s in(2 θ - Λ)) (3)其中，δ i和δ分别为波片5和被测样品（FeLC)4的相位延迟。由（3) 式可知，当Θ = ±45°时，两个出射光强^和、相等。此时，被测样品（FeLC)4的快轴参 考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度； 4) 旋转被测样品（FeLC)4,出射光强由探测器7接收并转化为电信号传送给示波器8， 由示波器8观察输出的两个光强值的快速变化。当两光强相等时停止旋转，此时被测样品 (FeLC)4的快轴参考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度。
2. 根据权利要求1所述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，其特征 在于：干涉滤光片2根据被测波长选择，带宽要求小于lnm。
3. 根据权利要求1所述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，其特 征在于：波片5为云母或石英或其他材料的波片，其快轴方位固定且相位延迟δ可以是除 〇度和180度以外的任意延迟。
【文档编号】G01M11/02GK104062094SQ201310088270
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2013年3月20日
【发明者】侯俊峰 申请人:中国科学院国家天文台
【专利摘要】本发明属于偏振光学检测【技术领域】，涉及一种判断铁电液晶波片(FeLC)快慢轴方位的新方法。本发明根据旋转波片法和相位调制法的基本原理，将待测FeLC置于椭偏场中，由偏振光学传输理论获得出射光强与FeLC快慢轴参考方位之间的函数关系，通过测量FeLC调制后的两个出射光强是否相等判断其快慢轴的参考方位。该测量方法不依赖于FelC的相位延迟和调制角以及椭偏场中其他波片的相位延迟，测量方法简单易行且精度高，可以广泛应用于任意相位延迟的铁电液晶波片的快慢轴判断。
【专利说明】-种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于偏振光学检测【技术领域】，特别是一种适用于判断铁电液晶波片（FeLC) 快慢轴方位的新方法。
【背景技术】
[0002] 铁电液晶波片（FeLC)在低压控制下将以一定的调制角快速变换其快慢轴方位， 从而实现对偏振态的调制，其作为重要的光电调制器件广泛应用于偏振光学、太阳磁场测 量等研究领域。对于铁电液晶波片，表示质量的技术参量数量虽然没有统一要求，但是，快 慢轴方向是必定要明确标识的技术参量之一。目前波片快慢轴方位的判断方法主要有迈克 尔逊干涉法、旋转波片法、相位调制法、调制补偿法等，然而这些方法主要适用于快慢轴方 位固定的波片。对于快慢轴方位快速变换的铁电液晶波片，传统的这些方法或者无法判断， 或者操作非常复杂、测量精度低，不适于广泛推广。
[0003] 本发明中设定快速变换的两个快轴方位的角平分线位置为其快慢轴参考方位，通 过判断快慢轴参考方位代替判断其真实的快慢轴方位。而且，FeLC的参考方位在偏振测量 中更有实际意义。本发明根据旋转波片法和相位调制法的基本原理，将待测FeLC置于椭偏 场中，由偏振光学传输理论获得出射光强与FeLC快慢轴参考方位角之间的函数关系，通过 测量FeLC调制后的两个出射光强是否相等判断其快慢轴的参考方位。该测量方法不依赖 于FelC的相位延迟和调制角以及椭偏场中其他波片的相位延迟，测量方法简单易行且精 度高，可以广泛应用于任意相位延迟的铁电液晶波片的快慢轴判断。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，该方 法可以判断任意相位延迟的铁电液晶波片的快慢轴方位。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
[0006] -种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，测量结构主要包括光源1、 干涉滤光片2、起偏器3、被测样品（FeLC)4、波片5、检偏器6、探测器7、示波器8和电压控 制器9。该判断方法步骤如下 ：
[0007] 1)起偏器3和检偏器6构成一个正交偏振干涉光路，此时由检偏器6输出端光强 为零；
[0008] 2)将波片5放入光路中，置于检偏器6之前，调整波片5使其快轴方位与起偏器的 透射光轴夹角为45度，构成椭偏场；
[0009] 3)将被测样品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由电压控制器9控制输出 电压，被测样品的快轴将以调制角△快速变换。设定变换的两个快轴方位的角平分线位置 为被测样品的快轴参考方位Θ，根据偏振光学传输理论得到两个出射光强L和1 2与系统 各个偏振参数的关系如下：
[0010] L = 1-cos2 (2 θ + Δ ) cos δ「sin2 (2 θ + Δ ) cos δ cos δ jsin δ sin δ pin (2 θ + Δ ) (1)
[0011] I2 = 1-cos2 (2 θ - Δ ) cos δ「sin2 (2 θ - Δ ) cos δ cos δ Asin δ sin δ pin (2 θ - Δ ) (2)
[0012] Ι「Ι2 = (cos δ -1) cos δ i (cos2 (2 θ + Δ ) -cos2 (2 θ - Δ ))
[0013] +sin δ sin δ "sinU θ + A)-sin(2 θ - Δ)) (3)
[0014] 其中，δ 1和δ分别为波片5和被测样品（FeLC)4的相位延迟。由⑶式可知， 当Θ = ±45°时，两个出射光强II和12相等。此时，被测样品（FeLC)4的快轴参考方位 与起偏器透射光轴的夹角为45度；
[0015] 4)旋转被测样品（FeLC)4,出射光强由探测器7接收并转化为电信号传送给示波 器8,由示波器8观察输出的两个光强值的快速变化。当两光强相等时停止旋转，此时被测 样品（FeLC)4的快轴参考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度；
[0016] 在上述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法中，所述的干涉滤 光片2根据被测波长选择，带宽要求小于lnm ;
[0017] 在上述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法中，所述的波片5为 云母或石英或其他材料的波片，其快轴方位固定且相位延迟可以是除〇度和180度以外的 任意延迟；
[0018] 综上所述，本发明的优点在于：
[0019] 1.通过判断铁电液晶波片快慢轴的参考方位代替判断其真实的快慢轴方位，更有 实际应用价值；
[0020] 2.通过测量两个出射光强是否相等判断快慢轴的参考方位，判断方法不依赖被测 样品（FeLC)4的相位延迟δ、调制角Λ以及波片5的相位延迟δ i ;
[0021] 3.波片5的使用消除了快慢轴参考方位判断的45度不确定性；
[0022] 4.整个测量方法和装置简单易行，测试精度高，对实验条件和环境要求不高，适用 范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法的构成原理图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的实施例结合【专利附图】
【附图说明】如下：
[0025] 参见图1，本发明一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法的结构由光 源1、干涉滤光片2、起偏器3、被测样品（FeLC)4、波片5、检偏器6、探测器7、示波器8和电 压控制器9组成。被测样品（FeLC)4由电压控制器9控制使得其快轴方位以调制角Λ快 速变换。光源1产生的光束通过干涉滤光片2滤光得到准单色光，出射光束经过起偏器3、 被测样品（FeLC) 4、波片5、检偏器6,被探测器7接收并转换为电信号传送给示波器8。
[0026] 采用上述测量结构，本发明一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法 测量步骤如下所示：
[0027] 1)起偏器3和检偏器6构成一个正交偏振干涉光路，此时由检偏器6输出端光强 为零；
[0028] 2)将波片5放入光路中，置于检偏器6之前，调整波片5使其快轴方位与起偏器的 透射光轴夹角为45度，构成椭偏场；
[0029] 3)将被测样品（FeLC)4置于起偏器3之后，由铁电液晶低压控制电源9控制输出 电压，被测样品的快轴将以调制角△快速变换。旋转被测样品（FeLC)4,由示波器8观察输 出的两个光强值的快速变化。当两光强相等时停止旋转，此时被测样品（FeLC)4的快轴参 考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度。
[0030] 上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应 视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
【权利要求】
1. 一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，其特征在于：一种判断铁电液 晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，测量结构主要包括光源1、干涉滤光片2、起偏器3、被 测样品（FeLC)4、波片5、检偏器6、探测器7、示波器8和电压控制器9。该判断方法步骤如 下： 1) 起偏器3和检偏器6构成一个正交偏振干涉光路，此时由检偏器6输出端光强为零； 2) 将波片5放入光路中，置于检偏器6之前，调整波片5使其快轴方位与起偏器的透射 光轴夹角为45度，构成椭偏场； 3) 将被测样品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由电压控制器9控制输出电压， 被测样品的快轴将以调制角△快速变换。设定变换的两个快轴方位的角平分线位置为被 测样品的快轴参考方位Θ，根据偏振光学传输理论得到两个出射光强L和1 2与系统各个 偏振参数的关系如下： 11. l-cosWQ+AjcosSfsir^OQ+AjcosScosSi+sinSsinSiSinQQ+A) (1) 12. l-cosWQ-AjcosSfsir^OQ-AjcosScosSi+sinSsinSiSinQQ-A) (2) I「I2 = (cos δ -1) cos δ i (cos2 (2 θ + Δ ) -cos2 (2 θ - Δ )) +sin δ sin δ i (sin (2 θ + Δ ) -s in(2 θ - Λ)) (3)其中，δ i和δ分别为波片5和被测样品（FeLC)4的相位延迟。由（3) 式可知，当Θ = ±45°时，两个出射光强^和、相等。此时，被测样品（FeLC)4的快轴参 考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度； 4) 旋转被测样品（FeLC)4,出射光强由探测器7接收并转化为电信号传送给示波器8， 由示波器8观察输出的两个光强值的快速变化。当两光强相等时停止旋转，此时被测样品 (FeLC)4的快轴参考方位与起偏器透射光轴的夹角为45度。
2. 根据权利要求1所述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，其特征 在于：干涉滤光片2根据被测波长选择，带宽要求小于lnm。
3. 根据权利要求1所述的一种判断铁电液晶波片（FeLC)快慢轴方位的新方法，其特 征在于：波片5为云母或石英或其他材料的波片，其快轴方位固定且相位延迟δ可以是除 〇度和180度以外的任意延迟。
【文档编号】G01M11/02GK104062094SQ201310088270
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2013年3月20日
【发明者】侯俊峰 申请人:中国科学院国家天文台
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