一種判斷鐵電液晶波片(FeLC)快慢軸方位的新方法
一種判斷鐵電液晶波片(FeLC)快慢軸方位的新方法
【專利摘要】本發明屬于偏振光學檢測【技術領域】，涉及一種判斷鐵電液晶波片(FeLC)快慢軸方位的新方法。本發明根據旋轉波片法和相位調制法的基本原理，將待測FeLC置于橢偏場中，由偏振光學傳輸理論獲得出射光強與FeLC快慢軸參考方位之間的函數關系，通過測量FeLC調制后的兩個出射光強是否相等判斷其快慢軸的參考方位。該測量方法不依賴于FelC的相位延遲和調制角以及橢偏場中其他波片的相位延遲，測量方法簡單易行且精度高，可以廣泛應用于任意相位延遲的鐵電液晶波片的快慢軸判斷。
【專利說明】-種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于偏振光學檢測【技術領域】，特別是一種適用于判斷鐵電液晶波片（FeLC) 快慢軸方位的新方法。
【背景技術】
[0002] 鐵電液晶波片（FeLC)在低壓控制下將以一定的調制角快速變換其快慢軸方位， 從而實現對偏振態的調制，其作為重要的光電調制器件廣泛應用于偏振光學、太陽磁場測 量等研究領域。對于鐵電液晶波片，表示質量的技術參量數量雖然沒有統一要求，但是，快 慢軸方向是必定要明確標識的技術參量之一。目前波片快慢軸方位的判斷方法主要有邁克 爾遜干涉法、旋轉波片法、相位調制法、調制補償法等，然而這些方法主要適用于快慢軸方 位固定的波片。對于快慢軸方位快速變換的鐵電液晶波片，傳統的這些方法或者無法判斷， 或者操作非常復雜、測量精度低，不適于廣泛推廣。
[0003] 本發明中設定快速變換的兩個快軸方位的角平分線位置為其快慢軸參考方位，通 過判斷快慢軸參考方位代替判斷其真實的快慢軸方位。而且，FeLC的參考方位在偏振測量 中更有實際意義。本發明根據旋轉波片法和相位調制法的基本原理，將待測FeLC置于橢偏 場中，由偏振光學傳輸理論獲得出射光強與FeLC快慢軸參考方位角之間的函數關系，通過 測量FeLC調制后的兩個出射光強是否相等判斷其快慢軸的參考方位。該測量方法不依賴 于FelC的相位延遲和調制角以及橢偏場中其他波片的相位延遲，測量方法簡單易行且精 度高，可以廣泛應用于任意相位延遲的鐵電液晶波片的快慢軸判斷。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，該方 法可以判斷任意相位延遲的鐵電液晶波片的快慢軸方位。
[0005] 為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：
[0006] -種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，測量結構主要包括光源1、 干涉濾光片2、起偏器3、被測樣品（FeLC)4、波片5、檢偏器6、探測器7、示波器8和電壓控 制器9。該判斷方法步驟如下 ：
[0007] 1)起偏器3和檢偏器6構成一個正交偏振干涉光路，此時由檢偏器6輸出端光強 為零；
[0008] 2)將波片5放入光路中，置于檢偏器6之前，調整波片5使其快軸方位與起偏器的 透射光軸夾角為45度，構成橢偏場；
[0009] 3)將被測樣品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由電壓控制器9控制輸出 電壓，被測樣品的快軸將以調制角△快速變換。設定變換的兩個快軸方位的角平分線位置 為被測樣品的快軸參考方位Θ，根據偏振光學傳輸理論得到兩個出射光強L和1 2與系統 各個偏振參數的關系如下：
[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分別為波片5和被測樣品（FeLC)4的相位延遲。由⑶式可知， 當Θ = ±45°時，兩個出射光強II和12相等。此時，被測樣品（FeLC)4的快軸參考方位 與起偏器透射光軸的夾角為45度；
[0015] 4)旋轉被測樣品（FeLC)4,出射光強由探測器7接收并轉化為電信號傳送給示波 器8,由示波器8觀察輸出的兩個光強值的快速變化。當兩光強相等時停止旋轉，此時被測 樣品（FeLC)4的快軸參考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度；
[0016] 在上述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法中，所述的干涉濾 光片2根據被測波長選擇，帶寬要求小于lnm ;
[0017] 在上述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法中，所述的波片5為 云母或石英或其他材料的波片，其快軸方位固定且相位延遲可以是除〇度和180度以外的 任意延遲；
[0018] 綜上所述，本發明的優點在于：
[0019] 1.通過判斷鐵電液晶波片快慢軸的參考方位代替判斷其真實的快慢軸方位，更有 實際應用價值；
[0020] 2.通過測量兩個出射光強是否相等判斷快慢軸的參考方位，判斷方法不依賴被測 樣品（FeLC)4的相位延遲δ、調制角Λ以及波片5的相位延遲δ i ;
[0021] 3.波片5的使用消除了快慢軸參考方位判斷的45度不確定性；
[0022] 4.整個測量方法和裝置簡單易行，測試精度高，對實驗條件和環境要求不高，適用 范圍廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法的構成原理圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發明的實施例結合【專利附圖】
【附圖說明】如下：
[0025] 參見圖1，本發明一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法的結構由光 源1、干涉濾光片2、起偏器3、被測樣品（FeLC)4、波片5、檢偏器6、探測器7、示波器8和電 壓控制器9組成。被測樣品（FeLC)4由電壓控制器9控制使得其快軸方位以調制角Λ快 速變換。光源1產生的光束通過干涉濾光片2濾光得到準單色光，出射光束經過起偏器3、 被測樣品（FeLC) 4、波片5、檢偏器6,被探測器7接收并轉換為電信號傳送給示波器8。
[0026] 采用上述測量結構，本發明一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法 測量步驟如下所示：
[0027] 1)起偏器3和檢偏器6構成一個正交偏振干涉光路，此時由檢偏器6輸出端光強 為零；
[0028] 2)將波片5放入光路中，置于檢偏器6之前，調整波片5使其快軸方位與起偏器的 透射光軸夾角為45度，構成橢偏場；
[0029] 3)將被測樣品（FeLC)4置于起偏器3之后，由鐵電液晶低壓控制電源9控制輸出 電壓，被測樣品的快軸將以調制角△快速變換。旋轉被測樣品（FeLC)4,由示波器8觀察輸 出的兩個光強值的快速變化。當兩光強相等時停止旋轉，此時被測樣品（FeLC)4的快軸參 考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度。
[0030] 上述各實施例可在不脫離本發明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應 視為例示性，而非用以限制本發明申請專利的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，其特征在于：一種判斷鐵電液 晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，測量結構主要包括光源1、干涉濾光片2、起偏器3、被 測樣品（FeLC)4、波片5、檢偏器6、探測器7、示波器8和電壓控制器9。該判斷方法步驟如 下： 1) 起偏器3和檢偏器6構成一個正交偏振干涉光路，此時由檢偏器6輸出端光強為零； 2) 將波片5放入光路中，置于檢偏器6之前，調整波片5使其快軸方位與起偏器的透射 光軸夾角為45度，構成橢偏場； 3) 將被測樣品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由電壓控制器9控制輸出電壓， 被測樣品的快軸將以調制角△快速變換。設定變換的兩個快軸方位的角平分線位置為被 測樣品的快軸參考方位Θ，根據偏振光學傳輸理論得到兩個出射光強L和1 2與系統各個 偏振參數的關系如下： 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分別為波片5和被測樣品（FeLC)4的相位延遲。由（3) 式可知，當Θ = ±45°時，兩個出射光強^和、相等。此時，被測樣品（FeLC)4的快軸參 考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度； 4) 旋轉被測樣品（FeLC)4,出射光強由探測器7接收并轉化為電信號傳送給示波器8， 由示波器8觀察輸出的兩個光強值的快速變化。當兩光強相等時停止旋轉，此時被測樣品 (FeLC)4的快軸參考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度。
2. 根據權利要求1所述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，其特征 在于：干涉濾光片2根據被測波長選擇，帶寬要求小于lnm。
3. 根據權利要求1所述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，其特 征在于：波片5為云母或石英或其他材料的波片，其快軸方位固定且相位延遲δ可以是除 〇度和180度以外的任意延遲。
【文檔編號】G01M11/02GK104062094SQ201310088270
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月20日 優先權日:2013年3月20日
【發明者】侯俊峰 申請人:中國科學院國家天文臺
【專利摘要】本發明屬于偏振光學檢測【技術領域】，涉及一種判斷鐵電液晶波片(FeLC)快慢軸方位的新方法。本發明根據旋轉波片法和相位調制法的基本原理，將待測FeLC置于橢偏場中，由偏振光學傳輸理論獲得出射光強與FeLC快慢軸參考方位之間的函數關系，通過測量FeLC調制后的兩個出射光強是否相等判斷其快慢軸的參考方位。該測量方法不依賴于FelC的相位延遲和調制角以及橢偏場中其他波片的相位延遲，測量方法簡單易行且精度高，可以廣泛應用于任意相位延遲的鐵電液晶波片的快慢軸判斷。
【專利說明】-種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于偏振光學檢測【技術領域】，特別是一種適用于判斷鐵電液晶波片（FeLC) 快慢軸方位的新方法。
【背景技術】
[0002] 鐵電液晶波片（FeLC)在低壓控制下將以一定的調制角快速變換其快慢軸方位， 從而實現對偏振態的調制，其作為重要的光電調制器件廣泛應用于偏振光學、太陽磁場測 量等研究領域。對于鐵電液晶波片，表示質量的技術參量數量雖然沒有統一要求，但是，快 慢軸方向是必定要明確標識的技術參量之一。目前波片快慢軸方位的判斷方法主要有邁克 爾遜干涉法、旋轉波片法、相位調制法、調制補償法等，然而這些方法主要適用于快慢軸方 位固定的波片。對于快慢軸方位快速變換的鐵電液晶波片，傳統的這些方法或者無法判斷， 或者操作非常復雜、測量精度低，不適于廣泛推廣。
[0003] 本發明中設定快速變換的兩個快軸方位的角平分線位置為其快慢軸參考方位，通 過判斷快慢軸參考方位代替判斷其真實的快慢軸方位。而且，FeLC的參考方位在偏振測量 中更有實際意義。本發明根據旋轉波片法和相位調制法的基本原理，將待測FeLC置于橢偏 場中，由偏振光學傳輸理論獲得出射光強與FeLC快慢軸參考方位角之間的函數關系，通過 測量FeLC調制后的兩個出射光強是否相等判斷其快慢軸的參考方位。該測量方法不依賴 于FelC的相位延遲和調制角以及橢偏場中其他波片的相位延遲，測量方法簡單易行且精 度高，可以廣泛應用于任意相位延遲的鐵電液晶波片的快慢軸判斷。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，該方 法可以判斷任意相位延遲的鐵電液晶波片的快慢軸方位。
[0005] 為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：
[0006] -種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，測量結構主要包括光源1、 干涉濾光片2、起偏器3、被測樣品（FeLC)4、波片5、檢偏器6、探測器7、示波器8和電壓控 制器9。該判斷方法步驟如下 ：
[0007] 1)起偏器3和檢偏器6構成一個正交偏振干涉光路，此時由檢偏器6輸出端光強 為零；
[0008] 2)將波片5放入光路中，置于檢偏器6之前，調整波片5使其快軸方位與起偏器的 透射光軸夾角為45度，構成橢偏場；
[0009] 3)將被測樣品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由電壓控制器9控制輸出 電壓，被測樣品的快軸將以調制角△快速變換。設定變換的兩個快軸方位的角平分線位置 為被測樣品的快軸參考方位Θ，根據偏振光學傳輸理論得到兩個出射光強L和1 2與系統 各個偏振參數的關系如下：
[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分別為波片5和被測樣品（FeLC)4的相位延遲。由⑶式可知， 當Θ = ±45°時，兩個出射光強II和12相等。此時，被測樣品（FeLC)4的快軸參考方位 與起偏器透射光軸的夾角為45度；
[0015] 4)旋轉被測樣品（FeLC)4,出射光強由探測器7接收并轉化為電信號傳送給示波 器8,由示波器8觀察輸出的兩個光強值的快速變化。當兩光強相等時停止旋轉，此時被測 樣品（FeLC)4的快軸參考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度；
[0016] 在上述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法中，所述的干涉濾 光片2根據被測波長選擇，帶寬要求小于lnm ;
[0017] 在上述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法中，所述的波片5為 云母或石英或其他材料的波片，其快軸方位固定且相位延遲可以是除〇度和180度以外的 任意延遲；
[0018] 綜上所述，本發明的優點在于：
[0019] 1.通過判斷鐵電液晶波片快慢軸的參考方位代替判斷其真實的快慢軸方位，更有 實際應用價值；
[0020] 2.通過測量兩個出射光強是否相等判斷快慢軸的參考方位，判斷方法不依賴被測 樣品（FeLC)4的相位延遲δ、調制角Λ以及波片5的相位延遲δ i ;
[0021] 3.波片5的使用消除了快慢軸參考方位判斷的45度不確定性；
[0022] 4.整個測量方法和裝置簡單易行，測試精度高，對實驗條件和環境要求不高，適用 范圍廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法的構成原理圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發明的實施例結合【專利附圖】
【附圖說明】如下：
[0025] 參見圖1，本發明一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法的結構由光 源1、干涉濾光片2、起偏器3、被測樣品（FeLC)4、波片5、檢偏器6、探測器7、示波器8和電 壓控制器9組成。被測樣品（FeLC)4由電壓控制器9控制使得其快軸方位以調制角Λ快 速變換。光源1產生的光束通過干涉濾光片2濾光得到準單色光，出射光束經過起偏器3、 被測樣品（FeLC) 4、波片5、檢偏器6,被探測器7接收并轉換為電信號傳送給示波器8。
[0026] 采用上述測量結構，本發明一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法 測量步驟如下所示：
[0027] 1)起偏器3和檢偏器6構成一個正交偏振干涉光路，此時由檢偏器6輸出端光強 為零；
[0028] 2)將波片5放入光路中，置于檢偏器6之前，調整波片5使其快軸方位與起偏器的 透射光軸夾角為45度，構成橢偏場；
[0029] 3)將被測樣品（FeLC)4置于起偏器3之后，由鐵電液晶低壓控制電源9控制輸出 電壓，被測樣品的快軸將以調制角△快速變換。旋轉被測樣品（FeLC)4,由示波器8觀察輸 出的兩個光強值的快速變化。當兩光強相等時停止旋轉，此時被測樣品（FeLC)4的快軸參 考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度。
[0030] 上述各實施例可在不脫離本發明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應 視為例示性，而非用以限制本發明申請專利的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，其特征在于：一種判斷鐵電液 晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，測量結構主要包括光源1、干涉濾光片2、起偏器3、被 測樣品（FeLC)4、波片5、檢偏器6、探測器7、示波器8和電壓控制器9。該判斷方法步驟如 下： 1) 起偏器3和檢偏器6構成一個正交偏振干涉光路，此時由檢偏器6輸出端光強為零； 2) 將波片5放入光路中，置于檢偏器6之前，調整波片5使其快軸方位與起偏器的透射 光軸夾角為45度，構成橢偏場； 3) 將被測樣品（FeLC) 4置于起偏器3之后波片5之前，由電壓控制器9控制輸出電壓， 被測樣品的快軸將以調制角△快速變換。設定變換的兩個快軸方位的角平分線位置為被 測樣品的快軸參考方位Θ，根據偏振光學傳輸理論得到兩個出射光強L和1 2與系統各個 偏振參數的關系如下： 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分別為波片5和被測樣品（FeLC)4的相位延遲。由（3) 式可知，當Θ = ±45°時，兩個出射光強^和、相等。此時，被測樣品（FeLC)4的快軸參 考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度； 4) 旋轉被測樣品（FeLC)4,出射光強由探測器7接收并轉化為電信號傳送給示波器8， 由示波器8觀察輸出的兩個光強值的快速變化。當兩光強相等時停止旋轉，此時被測樣品 (FeLC)4的快軸參考方位與起偏器透射光軸的夾角為45度。
2. 根據權利要求1所述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，其特征 在于：干涉濾光片2根據被測波長選擇，帶寬要求小于lnm。
3. 根據權利要求1所述的一種判斷鐵電液晶波片（FeLC)快慢軸方位的新方法，其特 征在于：波片5為云母或石英或其他材料的波片，其快軸方位固定且相位延遲δ可以是除 〇度和180度以外的任意延遲。
【文檔編號】G01M11/02GK104062094SQ201310088270
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月20日 優先權日:2013年3月20日
【發明者】侯俊峰 申請人:中國科學院國家天文臺
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