CN107314839A - 基于穆勒矩阵的应力检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的各实施例涉及一种基于穆勒矩阵的应力检测装置及方法，该装置包括以下光学器件：依照光的传播方向设置的光源、起偏器、第一相位补偿器、待检测的光学材料、第二相位补偿器、检偏器和光探测器；其中利用穆勒矩阵表示上述光学器件，并且基于光经过上述光学器件所对应的穆勒矩阵的运算关系来逆向求解所述待检测的光学材料的穆勒矩阵元，所述待检测的光学材料的穆勒矩阵中的部分穆勒矩阵元表示所述待检测的光学材料的应力。通过本公开的应力检测装置和方法，可以定量地测量材料的应力，且精度、灵敏度和分辨率高、并且测量可靠快速。
Description
技术领域
本发明涉及应力检测领域，更具体地涉及一种基于穆勒矩阵的光学应力检测装置及方法，以及利用该方法以用于光学器件的制造和/或筛选。
背景技术
光学镜头是光学测量中的核心部件，在微小区域测量中不可或缺。其中镜头的应力是影响其性能的重要因素，应力会对镜头的光学性质，比如折射率、均匀性和面型等产生影响，从而使通过镜头的光束性能和质量偏离理想的设计情况，是设计和优化过程中必须考虑的因素。
尤其是在一些高精度测量中，比如椭偏仪测量中尤为重要。椭偏仪测量是通过测量样品引起的光的偏振态变化来得到样品的膜厚和折射率等信息，作为聚焦元件的镜头如果有应力，应力引起的双折射也会改变光的偏振态，从而在测量中引入误差，测量的膜厚越薄误差的影响越大，甚至引起测量的错误。如何降低镜头的应力是一个非常重要的问题。
现代的镜头设计，为适应于各种各样的应用需求，设计复杂度越来越高，往往由不同材料的多片镜片组成，这些镜片材料在生产过程中，由于加工过程尤其是退火和熔融两个过程会产生不同程度的永久性应力，每片镜片都有应力，多片叠加则会使镜头有比较大的残余应力。
光学镜片一般是由成型的块状材料切割而来，生产材料的过程中产生的应力总是越小越好，往往采取的方法是在退火的过程中控制退火的速率使之变小，但是这样会大大的增加生产成本，且一味的追求小的应力，可能使材料的折射率超出所需的折射率范围。块状的材料也做不到完全均匀，各个部分的应力各不相同，因此切割而来的镜片的应力实际上很不一样。如果同一块材料切割而来的镜片都作相同质量的处理应用会使得生产出来的镜头应力大小不一，无法控制镜头的质量。
无损测量材料应力的方一般有光弹法，X射线法，超声法等，一般这些方法都是半定性半定量的，无法很精确地得出材料的应力大小，且在测量组成镜头的镜片一般很薄应力很小的情况下会灵敏度分辨率不够。
发明内容
本公开的目的之一即在于克服或者缓解现有技术中所存在的一个或多个技术问题。通过本公开的基于穆勒矩阵的测量待检测光学材料的应力的装置和方法，可以定量地测量材料的应力，该检测方法精度高、灵敏度和分辨率高、并且测量可靠快速。进一步，利用本公开的装置和方法，能够很简单地筛选出应力低(或质量好)的光学器件或用于制造低应力光学器件的光学材料。
因此，根据本公开的第一方面，提供了一种基于穆勒矩阵的应力检测装置，包括以下光学器件：依照光的传播方向设置的光源、起偏器、第一相位补偿器、待检测的光学材料、第二相位补偿器、检偏器和光探测器；其中利用穆勒矩阵表示上述光学器件，并且基于光经过上述光学器件所对应的穆勒矩阵的运算关系来逆向求解所述待检测的光学材料的穆勒矩阵元，所述待检测的光学材料的穆勒矩阵中的部分穆勒矩阵元表示所述待检测的光学材料的应力。
上述应力检测装置的设计思路在于发明人充分地意识到待检测的光学材料的穆勒矩阵中的部分穆勒矩阵元可以用来表示所述待检测的光学材料的应力，并且借助精巧设计的各个光学器件之间的穆勒矩阵运算关系来实现待检测材料中的穆勒矩阵元的逆求解，从而实现应力的检测。
根据本公开的第二方面，提供了一种基于穆勒矩阵的应力检测方法，包括：依照光的传播方向设置以下光学器件：光源、起偏器、第一相位补偿器、待检测的光学材料、第二相位补偿器、检偏器和光探测器；利用穆勒矩阵表示上述光学器件，并且基于光经过上述光学器件所对应的穆勒矩阵的运算关系来逆向求解所述待检测的光学材料的穆勒矩阵元，所述待检测的光学材料的穆勒矩阵中的部分穆勒矩阵元表示所述待检测的光学材料的应力。
该应力检测方法与应力检测装置所对应的实施例完全相同，并且应力检测装置中的相关安装和/或操作步骤可以适用在应力检测方法中；反之，应力检测方法中所描述的相关步骤可以通过对应力检测装置中的一个或多个器件进行操作而实现。
根据本公开的进一步的实施例，所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器分别能够产生随时间周期变化的相位延迟量。利用该第一相位补偿器和该第二相位补偿器所产生的随时间周期变化的相位延迟量，可以产生在不同延迟量的情况下的各个光学器件所对应的不同的穆勒矩阵的运算关系，从而有利于实现待检测材料的穆勒矩阵元的求解。
根据本公开的进一步的实施例，所述光源被配置为单色光源或者复色宽波段光源。如果待检测的材料通常在单波长的环境中进行应用，则可以选择该光源为单色光源；如果待检测的材料通常在宽波长的环境中进行应用，则可以选择该光源为复色宽波段光源。尤其复色宽波段光源，有利地提高了应力检测装置的波长覆盖范围。
根据本公开的进一步的实施例，当所述光源为复色宽波段光源时，所述第一相位补偿器和第二相位补偿器均为消色差的相位补偿器。
根据本公开的进一步的实施例，所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器分别从由波片、光弹调制器、液晶调制器、菲涅尔相位延迟器构成的群组中进行选择。针对不同的相位补偿器的类型，可以选择相应地不同的延迟产生机制。
譬如，当所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器为波片或者菲涅尔相位延迟器时，可以使得所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器随时间以一定的转速比转动；而当所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器为光弹调制器或液晶调制器时，可以通过周期性的调制信号来使其相位延迟量随时间周期变化。
根据本公开的进一步的实施例，在所述光探测器检测光强的同时，基于所述穆勒矩阵的运算关系逆向求解所述待检测的光学材料的所述穆勒矩阵元。该步骤使得应力检测装置和/或方法能够以最快地速度进行穆勒矩阵元的求解运算。
为了实现待检测的光学材料的穆勒矩阵元的逆向求解运算，本公开的应力检测装置可以有利地包括处理器或其他运算单元。
根据本公开的进一步的实施例，基于所述穆勒矩阵的运算关系，通过傅立叶分解所述光探测器所探测的光强而得到的傅里叶系数来逆向求解所述待检测的光学材料的部分穆勒矩阵元。
根据本公开的进一步的实施例，使所述待检测的光学材料围绕所述光的传播方向进行转动。通常，将待检测的光学材料设置成与光的传播方向相互垂直，此时可以使该待检测的光学材料以光的传播方向为转动轴进行转动，并且测量在不同转动角度下的所述部分穆勒矩阵元。如果在每个转动角度下所获得的部分穆勒矩阵元均比较小，则表示待检测的光学材料在该位置的应力比较小。反之，如果在任意一个转动角度下所获得部分矩阵元较大，则表示待检测的光学材料在该位置具有相对较大的应力。上述转动角度的间隔越小，测量结果越精确。
根据本公开的第三方面，提供了一种筛选光学器件的方法，其包括：根据前述任意一个实施例所确定的应力大小来筛选低应力的光学器件。
根据本公开的第四方面，提供了一种制造光学器件的方法，其包括：根据前述任意一个实施例所确定的应力大小来选择低应力的光学器件材料，以用于制造所需的光学器件。
上述筛选和制造光学器件的方法可以根据所测量的材料的应力，严格地筛选材料，从而筛选出符合小应力要求的镜片作为制作镜头的材料，这样镜头的永久性应力就会大大减少，很好地控制了镜头的质量。
附图说明
在附图中，相似/相同的附图标记通常贯穿不同视图而指代相似/相同的部分。附图并不必按比例绘制，而是通常强调对本公开的原理的图示。在附图中：
图1示出了根据本公开的一个实施例的应力测量装置的示意图；
图2示出了根据本公开的一个实施例的应力测量装置所测量的一个示例镜片的应力分布图；以及
图3示出了根据本公开的一个实施例的应力测量装置所测量的另一个示例镜片的应力分布图。
具体实施方式
以下将参考附图对本公开的各个实施例进行详细描述。实施例的一个或多个示例由附图所示出。实施例通过本公开的阐述所提供，并且不旨在作为对本公开的限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可能在另一个实施例中被使用以生成又一进一步的实施例。本公开旨在包括属于本公开范围和精神的这些和其他修改和变化。
如本领域所熟知的，光学测量中，可以用斯托克斯量来描述光波的强度和偏振态，它是一个4维的数学矢量，并且可以用4×4的穆勒矩阵来描述光学元件的偏振性能，光学元件对偏振态的改变可以认为是光的斯托克斯量经过元件穆勒矩阵的作用(相乘)变成经过元件以后的新的斯托克斯量。
本公开的构思即在于通过测量光学材料的穆勒矩阵元来获得其光学性质。原则上，如果光学材料是理想的，那它的穆勒矩阵就是一个单位矩阵，但是如果存在应力(应力的主方向通常事先不可知)，应力会导致双折射，则其穆勒矩阵非对角元项就不会再是零，而是会出现一定的量，值越大则应力越大。
图1示出了根据本公开的一个实施例的应力检测装置的示意图。如图1所示，该应力检测装置100包括依照光的传播方向设置的光源101、起偏器102、第一相位补偿器103、待检测的光学材料104、第二相位补偿器105、检偏器106和光探测器107。
上述光学器件采用直通的形式，即所有的光学元件布置在同一条直线上，且同光轴；然而，这并不是必需的，在其他实施例中，上述光学器件的布置形式可以有所变化，例如所有的光学元件并不需要在同一条直线上。
此外，尽管本实施例的应力检测装置100仅示出包括光源101、起偏器102、第一相位补偿器103、待检测的光学材料104、第二相位补偿器105、检偏器106和光探测器107，但这并意味着对本公开的应力检测装置100中所包括的光学器件的个数和种类的限制，例如，在某些情况下，应力检测装置100还可以包括光束整形器件、反射镜等等。更为具体地，本公开的应力检测装置100中所包括的光学器件的个数、种类以及相应的光路设计可以在遵循本公开所描述的基于穆勒矩阵的原理情况下进行适当的修改和/或变形，而该修改和/变形仍然在本公开的保护范围之内。
为了方便起见，下面仅针对图1中所示出的应力检测装置100中的各个光学器件进行描述。
参见图1，从光源101发出的光经过起偏器102成为线偏光、然后经过设计的相位补偿器103、再入射到待检测的光学材料104(例如镜片材料)、然后再经过相位补偿器105、检偏器106、最后进入光探测器107，由探测器107探测光强。
光源101可以是诸如激光的单色光光源、或者复色宽波段光源。可以根据待检测材料的应用需求来选择合适的光源。例如，如果材料只在特定波长下工作，那么可以使用简单的单色光，来检测在这个波长下的应力大小即可；如果材料需要在宽波段工作，则需要复色光源。
从光源101出射的光的斯托克斯量可以表示为：
起偏器102和检偏器106的穆勒矩阵可以分别表示为：
其中Mp代表起偏器102的穆勒矩阵，MA代表检偏器106的穆勒矩阵。
相位补偿器103和105可以相同或不同，其可以例如从由波片、光弹调制器、液晶调制器或者菲涅尔相位延迟器等构成的群组中选择。在其他的实施例中，其他类型的相位补偿器也是可能的。
此外，根据不同的光源情况，相位补偿器103和105可以应用单波长的具有精确延迟量的相位延迟器，或者经过精心设计的消色差相位延迟器，它们的理想穆勒矩阵可以表示为：
其中MC1表示相位补偿器103的穆勒矩阵；MC2表示相位补偿器105的穆勒矩阵；δ表示延迟量，其是波长的函数。当使用单波长进行测量时，相位补偿器103和105只要在固定波长处延迟量精确即可；而使用宽波段进行测量时是专门设计过的消色差的相位延迟器，其延迟量在一个很宽的光波段范围内控制在一个很小的区间内，这个区间是根据误差理论得出的使得计算误差最小的量。
本公开的待检测的光学材料，被配置在起偏器102和检偏器106之间。待检测的光学材料在理想情况下是一个单位矩阵，但是如果存在应力，它的非对角矩阵元会出现不同大小的量，如下式所示。
其中MS表示待检测的光学材料的穆勒矩阵；矩阵元m13，m14，m23，m24，m31，m32，m41，m42表示待检测的光学材料存在的应力。可以测量这些矩阵元的量的大小，只要有一个量偏离零值，就可以证明材料存在应力，越大证明应力越大。
为了保证各个光学器件之间的坐标一致性，令各光学元件的坐标系与该应力检测装置的系统坐标系之间的坐标变换矩阵为R(θ)，θ为转动角，当沿着光线的传播方向逆时针转动时θ为正，反之为负。
由此，光经过本公开的该实施例的应力检测装置的光学器件之后所出射的斯托克斯量可以基于穆勒矩阵的运算进行表征：
so＝R(-A)MAR(A)R(-C2)MC2R(C2)MSR(-C1)MC1R(C1)R(-P)MpR(P)Si (1)
其中A，P，C1，C2分别表示起偏器102、检偏器106、第一相位补偿器103和第二相位补偿器105自身的坐标轴与系统坐标轴的夹角。
第一相位补偿器103和第二相位补偿器105被配置成分别能够产生随时间周期变化的相位延迟量。为了产生随时间周期变化的相位延迟量，当第一和第二相位补偿器由波片或菲涅尔相位延迟器构成时，该第一和第二相位补偿器可以随时间以一定转速比转动；而当第一和第二相位补偿器例如为光弹调制器、液晶调制器时，其可以通过周期性的调制信号来使其相位延迟量随时间周期变化。换句话说，可以根据相位补偿器的不同类型来对相位延迟量进行不同方式的控制。
作为示例，第一相位补偿器103和第二相位补偿器105可以分别采用设计好的消色差波片103和105，并且使得消色差波片103和105以1∶5的转速比进行转动；而起偏器102和检偏器106保持不动，即角度A和P保持固定。尽管角度A和P可以任意选取角度，但是为了计算简单，它们往往选取简单的0度、45度或90度等特殊角度。由于这两个波片的转速比为1∶5，即有C2＝5C1。注：C2和C1是转速与时间的函数。
本领域技术人员将理解，上面所示出的转速比1∶5仅仅是示例，其他的转速比也是可能的，比如2∶3，等等。该转速比的设定原则与待检测材料的穆勒矩阵中的未知数有关(下面进一步示例解释)。
光探测器107所探测到的光强I可以从基于穆勒矩阵的公式(1)中所计算的出射斯托克斯量So的第一个元素得到。进一步地，在利用例如傅立叶分解的情况下，该光强即有：
其中α0为直流分量，α2，α4…α24，β2，β4…β24为傅立叶系数。在例如上述傅立叶分解的情况下，上述转速比的设定原则是对光强进行傅立叶分解后所得到的傅立叶系数的量不能少于待检测材料的穆勒矩阵中的未知数的数量。例如，待检测材料的穆勒矩阵的未知数为16个，则这些傅立叶系数的独立的量不能少于16个。
傅立叶系数为光路中各个光学元件的穆勒矩阵元素的函数，在除了待检测的材料之外其他光学元件的元素都已知的情况下，傅立叶系数就是待检测的材料(比如镜片)的穆勒矩阵中的各个矩阵元的函数，即α2n＝f1(m13，m14…m42)，β2n＝f2(m13，m14…m42)。这些傅立叶系数中的每个系数的表达式可以通过整理成公式2的形式而得到，然后逆向求解就可以得到待检测的材料的穆勒矩阵的各个矩阵元跟傅立系数的关系，即m13＝f1′(α2，α4…α24，β2，β4…β24)…m42＝f8′(α2，α4…α24，β2，β4…β24)。
因此，一旦知道上述傅立叶系数，就可以求解得到上述待检测材料的穆勒矩阵元，例如16个矩阵元。
在实验测量中，光探测器107可以实时采集能量，另外采用同步触发的控制方式，由傅立叶分解所测量得到的光强而得到傅立叶系数，再由傅立叶系数逆向求解得到待检测材料104(比如镜片)的穆勒矩阵元，例如16个矩阵元。
尽管上面通过傅立叶分解的方式来最后求解得到待检测材料104(比如镜片)的穆勒矩阵元，然而这并不是必需的。在其他实施例中，有可能尝试采用其他的分解方式来求解。
此外，由于待检测材料104的应力的主轴方向未知，可以适当转动材料104，从而测量各个方向下的待检测材料104的矩阵元，其中材料可以垂直于光的传播方向进行转动。为了实现转动角度的精确控制，待检测材料104可以例如通过步进电机进行精确控制，譬如转动角度以5度为间隔。只要有某一个转动角度对应的方向的矩阵元比较大，则证明这个材料应力比较大，而如果在各个方向下都比较小，则证明该材料的应力质量较好，可以用来下一步的制造使用。
值得注意的是，上述应力检测是针对待检测材料104的某一个点或区域进行的，为了获得待检测材料104的整体的应力分布，可以调整待检测材料在图1中的光束入射位置。
与其他的测量应力的方法和装置相比，本公开的应力检测装置和方法可以定量地检测材料的应力大小，而不用预先知道材料的应力主轴方向。此外，该方法和装置具有高灵敏度、高分辨率，不仅适用于单色光测量，也适用于宽波段测量，大大地提高了其应用的范围，测量可靠快速。
下面仅以一个具体的实例来说明本公开的装置和方法的应用。
实例
如所周知的，椭偏测量是宽光谱测量，测量精度很高，对镜片材料残余应力要求很高。以下将针对用于椭偏测量的聚焦镜头的镜片材料的应力进行检测。
该应力检测装置的结构可以如图1所示，光源101选择氙灯，其适于发出从紫外到红外的光；起偏器102和检偏器106选择质量高的偏振棱镜；第一和第二相位补偿器103、105可以选择自行设计的1/4宽波段消色差波片，其处于250nm到800nm的波段范围内，延迟量处于70度至145度的区间内；光探测器107为光谱仪。
选择镜片材料104为熔融石英，并且针对该镜片材料测量得到各种不同的镜片的穆勒矩阵。图2示出了针对镜片1所测量的应力分布图，以及图3示出了针对镜片2所测量的应力分布图。
如图2和图3所示，镜片1转动到某个角度的穆勒矩阵元m24和m42项明显地偏离了零值，其证明镜片1有比较明显的应力；而镜片2在转动的过程中，m24，m42都很接近于零，没有出现如镜片1一样的情况，因此可以说明镜片2相对于镜片1应力小，适合用于下一步的透镜制造。
可见，用此方法可以筛选出合适的镜片材料或者镜片本身，利用筛选出的镜片材料可以制造出低应力的镜头，从而应用于椭偏测量，大大地提高了测量的精度。
虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本公开，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本公开不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。
在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。
在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本公开的范围。
Claims (22)
1.一种基于穆勒矩阵的应力检测装置，包括以下光学器件：
依照光的传播方向设置的光源(101)、起偏器(102)、第一相位补偿器(103)、待检测的光学材料(104)、第二相位补偿器(105)、检偏器(106)和光探测器(107)；
其中基于光经过上述光学器件所对应的穆勒矩阵的运算关系来逆向求解所述待检测的光学材料的穆勒矩阵元，所述待检测的光学材料的穆勒矩阵中的部分穆勒矩阵元表示所述待检测的光学材料的应力。
2.根据权利要求1所述的应力检测装置，其中，
所述第一相位补偿器(103)和所述第二相位补偿器(105)分别能够产生随时间周期变化的相位延迟量。
3.根据权利要求1或2所述的应力检测装置，其中，
所述光源被配置为单色光源或者复色宽波段光源。
4.根据权利要求3所述的应力检测装置，其中，
当所述光源为复色宽波段光源时，所述第一相位补偿器和第二相位补偿器均为消色差的相位补偿器。
5.根据权利要求1或2所述的应力检测装置，其中，
所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器分别从由波片、光弹调制器、液晶调制器、菲涅尔相位延迟器构成的群组中进行选择。
6.根据权利要求5所述的应力检测装置，其中，
当所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器为波片或者菲涅尔相位延迟器时，所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器随时间以一定的转速比转动。
7.根据权利要求5所述的应力检测装置，其中，
当所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器为光弹调制器或液晶调制器时，通过周期性的调制信号来使其相位延迟量随时间周期变化。
8.根据权利要求1或2所述的应力检测装置，其中，
在所述光探测器检测光强的同时，基于所述穆勒矩阵的运算关系逆向求解所述待检测的光学材料的所述穆勒矩阵元。
9.根据权利要求1或2所述的应力检测装置，其中，
基于所述穆勒矩阵的运算关系，通过傅立叶分解所述光探测器所探测的光强而得到的傅里叶系数来逆向求解所述待检测的光学材料的部分穆勒矩阵元。
10.根据权利要求1或2的应力检测装置，其中，
使所述待检测的光学材料围绕所述光的传播方向进行转动，测量在不同转动角度下的所述部分穆勒矩阵元。
11.一种基于穆勒矩阵的应力检测方法，包括：
依照光的传播方向设置以下光学器件：光源(101)、起偏器(102)、第一相位补偿器(103)、待检测的光学材料(104)、第二相位补偿器(105)、检偏器(106)和光探测器(107)；
基于光经过上述光学器件所对应的穆勒矩阵的运算关系来逆向求解所述待检测的光学材料的穆勒矩阵元，所述待检测的光学材料的穆勒矩阵中的部分穆勒矩阵元表示所述待检测的光学材料的应力。
12.根据权利要求11所述的应力检测方法，其中，
所述第一相位补偿器(103)和所述第二相位补偿器(105)分别能够产生随时间周期变化的相位延迟量。
13.根据权利要求11或12所述的应力检测方法，其中，
所述光源被配置为单色光源或者复色宽波段光源。
14.根据权利要求13所述的应力检测方法，其中，
当所述光源为复色宽波段光源时，所述第一相位补偿器和第二相位补偿器均为消色差的相位补偿器。
15.根据权利要求11或12所述的应力检测方法，其中，
所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器分别从由波片、光弹调制器、液晶调制器、菲涅尔相位延迟器构成的群组中进行选择。
16.根据权利要求15所述的应力检测方法，其中，
当所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器为波片或者菲涅尔相位延迟器时，所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器随时间以一定的转速比转动。
17.根据权利要求15所述的应力检测方法，其中，
当所述第一相位补偿器和所述第二相位补偿器为光弹调制器或液晶调制器时，通过周期性的调制信号来使其相位延迟量随时间周期变化。
18.根据权利要求11或12所述的应力检测方法，还包括，
在所述光探测器检测光强的同时，基于所述穆勒矩阵的运算关系逆向求解所述待检测的光学材料的所述穆勒矩阵元。
19.根据权利要求11或12所述的应力检测方法，还包括，
基于所述穆勒矩阵的运算关系，通过傅立叶分解所述光探测器所探测的光强而得到的傅里叶系数来逆向求解所述待检测的光学材料的部分穆勒矩阵元。
20.根据权利要求11或12的应力检测方法，还包括，
使所述待检测的光学材料围绕所述光的传播方向进行转动，测量在不同转动角度下的所述部分穆勒矩阵元。
21.一种筛选光学器件的方法，其包括：
根据权利要求1-10中任一项所述的装置或权利要求11-20中任一项所述的方法所确定的应力大小来筛选低应力的光学器件。
22.一种制造光学器件的方法，其包括
根据权利要求1-10中任一项所述的装置或权利要求11-20中任一项所述的方法所确定的应力大小来选择低应力的光学器件材料，以用于制造所需的光学器件。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109764993A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-17 | 华侨大学 | 基于双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的残余应力测量方法 |
| CN109781317A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-21 | 山东大学 | 光学玻璃应力检测系统及检测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101881599A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-10 | 华中科技大学 | 一种纳米结构三维形貌测量方法及装置 |
| WO2011152123A1 (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-08 | ヤマハ発動機株式会社 | 残留応力測定装置および残留応力測定方法 |
| CN103134592A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-05 | 华中科技大学 | 一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法 |
| CN103499405A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 上海理工大学 | 透明塑料制品残余应力检测装置和方法 |
| CN104864815A (zh) * | 2014-02-20 | 2015-08-26 | 睿励科学仪器（上海）有限公司 | 校准椭偏测量中应力元件带来的误差影响的方法 |
| CN105492889A (zh) * | 2013-08-30 | 2016-04-13 | 韩国标准科学研究院 | 光学元件旋转类型的穆勒矩阵椭圆偏振仪及用于使用其测量样品的穆勒矩阵的方法 |
-
2016
- 2016-04-27 CN CN201610268761.4A patent/CN107314839A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011152123A1 (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-08 | ヤマハ発動機株式会社 | 残留応力測定装置および残留応力測定方法 |
| CN101881599A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-10 | 华中科技大学 | 一种纳米结构三维形貌测量方法及装置 |
| CN103134592A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-05 | 华中科技大学 | 一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法 |
| CN105492889A (zh) * | 2013-08-30 | 2016-04-13 | 韩国标准科学研究院 | 光学元件旋转类型的穆勒矩阵椭圆偏振仪及用于使用其测量样品的穆勒矩阵的方法 |
| CN103499405A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 上海理工大学 | 透明塑料制品残余应力检测装置和方法 |
| CN104864815A (zh) * | 2014-02-20 | 2015-08-26 | 睿励科学仪器（上海）有限公司 | 校准椭偏测量中应力元件带来的误差影响的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李建慧等: "Mueller矩阵成像偏振仪的误差标定和补偿研究", 《激光与光电子学进展》 * |
| 褚金奎等: "SU-8胶光弹性性能显微测试", 《光学精密工程》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109764993A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-17 | 华侨大学 | 基于双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的残余应力测量方法 |
| CN109781317A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-21 | 山东大学 | 光学玻璃应力检测系统及检测方法 |
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