CN111443047A - 一种反射光相位信息表征装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反射光相位信息表征装置及其测量方法，该装置分为左臂和右臂，包括：光源、起偏器、第一1/4波片、第一偏振分束器、第一样品台、第二偏振分束器、第一反射镜、第二样品台、第二反射镜、第二1/4波片、检偏器、探测器。左、右臂围绕垂直样品台的中心轴旋转可改变入、出射角度。光束经过第一偏振分束器后分为光路1与光路2，汇聚于第二偏振分束器。本装置可同时测量样品不同入射角度条件下反射光的强度和相位信息，即可获取反射光谱的全面信息，为超构材料、光学天线、等离激元阵列等人工微纳结构以及光学薄膜、自然材料等体系提供一种实用的光谱检测技术。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面反射光强度与相位探测技术领域，尤其是涉及一种紫外、可见-红外等波段光谱型反射光强度与相位表征系统的研制及测试方法。
背景技术
当电磁波入射到由两种不同介质组成的界面上时，通常会发生反射现象。与入射光相比，很多情况下，反射光不但会有振幅的变化还同时伴有相位的改变，其行为也最终由这两部分信息共同决定。例如，当光束从光疏介质正入射到光密介质界面时，反射光会发生π相位的突变，相当于在反射光束中增加了1/2波长的光程；当光从光密介质入射到光疏介质界面，且入射角大于临界角时，随着入射角度的增大，反射光会发生0～π的相位变化。近年来，超构材料(超构表面)概念的出现更是大大丰富了人们操控电磁波的手段，在外界的激励下，组成材料的“人工原子”——人工亚波长微结构单元——作为次波源，可根据设计实现任意的电磁辐射强度和相位分布，从而可实现任意的电磁波波前调控。由此可见，要想准确掌握电磁波的传播行为，我们不但要知道其振幅，而且也需要知道其相位信息。然而，现有技术在光谱强度信息测量方面很成熟(由此可得振幅的值)，但是对于相位信息的检测方法并不多见，尤其是对红外、可见光甚至紫外光等高频波段电磁波来说相位信息的测量方法更是少之又少。本发明公开一种反射光相位信息表征装置及其测量方法。测量装置前端通过偏振分束器分光，分别用于样件探测和背景参考，后端1/4波片与检偏器对光进行调制以使携带样品信息的测试光和参考光发生相干干涉，通过探测光谱强度计算相位信息。该装置可同时测量样件不同入射角度条件下反射光的强度和相位信息，即可获取反射光谱的全面信息，为超构材料、光学天线、等离激元阵列等人工微纳结构以及光学薄膜、自然材料等材料体系提供一种实用的光谱检测技术。
发明内容
本发明提供一种光谱型反射相位测试表征系统研制及测试方法，该方法弥补了在可见-红外波段相位信息只能用仿真软件模拟的不足，实现了可见-近红外波段光谱强度与相位信息的同步测量技术。
本发明的目的一为同时测试被测样件的反射光强度信息与相位信息，获取样件的全方面反射光谱信息。
本发明的目的二为测试不同入射角度的反射光谱强度与相位信息。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
1.一种反射光相位信息表征装置，包括：光源1、起偏器2、第一1/4波片3、第一偏振分束器4、第一样品台5、第二偏振分束器6、第一反射镜7、第二样品台8、第二反射镜9、第二1/4波片10、检偏器11、探测器12。
2.一种反射光相位信息表征装置的左侧为左臂，右侧为右臂，其中左臂包括：光源1、起偏器2、第一1/4波片3、第一偏振分束器4、第一反射镜7，右臂包括：第二偏振分束器6、第二反射镜9、第二1/4波片10、检偏器11、探测器12，并且左臂与右臂分别可围绕垂直于样品面的中心轴旋转。
3.从光源1出来的光首先经过起偏器2、第一1/4波片3，其次经过第一偏振分束器4，将光路分为光路1与光路2两条光路。光路1的光经过第一样品台5上被测样品后进入第二偏振分束器6，光路2的光经过第一反射镜7后入射在第二样品台8的标准样件上，之后经过第二反射镜9后进入第二偏振分束器6，汇合后的两束光同时出射依次经过第二1/4波片10、检偏器11，最后进入探测器12。
4.所述的第一偏振分束器(4)的分光比1：1。
5.一种反射光相位信息的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：固定入射角度θ1；
步骤2：背景测试：第一样品平台5与第二样品平台8同时放入标准样件探测器探测光谱I0，计算相位角Δ0；
步骤3：被测样品P偏振反射光测试：在第一样品平台5上放入被测样品，而第二样品平台8上仍放置标准样件探测器探测光谱I1，计算相位角Δ1；
步骤4：计算样品反射光谱强度变化I为：
I＝I1-I0
步骤5：计算样品反射引起的相位变化Δ为：
Δ＝Δ1-Δ0
步骤6：旋转左臂与右臂入射角与出射角均为θ2，重复步骤3-5测量入射角度为θ2时的反射光谱强度与相位变化。
步骤7：步骤3中，在第一样品平台5上放入标准样件，而第二样品平台8上放置被测样品，重复步骤3-6测量样品S偏振反射光谱强度与相位信息。
与相位信息与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发的相位测试系统不限探测波长范围。
2.本发明同时测量反射光的强度与相位信息。
3.本发明系统入射角与出射角可单独调节，调节范围分别为10～90度。
4.本发明光路更简单。
5.本发明相位计算方法更简便。
6.该设备可测试任意偏振入射光条件下的反射信息。
附图说明
图1为本发明一种反射光相位信息表征装置的光路图；
附图标记：
1-光源、2-起偏器、3-第一1/4波片、4-第一偏振分束器、5-第一样品台、6-第二偏振分束器、7-第一反射镜、8-第二样品台、9-第二反射镜、10-第二1/4波片、11-检偏器、12-探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种反射光相位信息表征装置光路：
从光源1出来的光首先经过起偏器2、第一1/4波片3，其次经过第一偏振分束器4，将光路分为光路1与光路2两条光路。光路1的光经过第一样品台5上被测样品后进入第二偏振分束器6，光路2的光经过第一反射镜7后入射在第二样品台8的标准样件上，之后经过第二反射镜9后进入第二偏振分束器6，汇合后的两束光同时出射依次经过第二1/4波片10、检偏器11，最后进入探测器12。
一种光谱型反射相位测试表征系统研制及测试方法包括一下步骤：
步骤1：固定入射角度θ1；
步骤2：背景测试：第一样品平台5与第二样品平台8同时放入标准样件探测器探测光谱I0，计算相位角Δ0；
步骤3：被测样品P偏振反射光测试：在第一样品平台5上放入被测样品，而第二样品平台8上仍放置标准样件探测器探测光谱I1，计算相位角Δ1；
步骤4：计算样品反射光谱强度变化I为：
I＝I1-I0
步骤5：计算样品反射引起的相位变化Δ为：
Δ＝Δ1-Δ0
步骤6：旋转左臂与右臂入射角与出射角均为θ2，重复步骤3-5测量入射角度为θ2时的反射光谱强度与相位变化。
步骤7：步骤3中，在第一样品平台5上放入标准样件，而第二样品平台8上放置被测样品，重复步骤3-6测量样品S偏振反射光谱强度与相位信息。
实施例一
一种光谱型反射相位测试表征系统研制及测试方法，搭建如图1所示光路，测试θ1时被测样品P偏振光反射光谱强度及相位信息方法如下：
步骤1：固定入射角度θ1；
步骤2：背景测试：第一样品平台5与第二样品平台8同时放入标准样件探测器探测光谱I0，计算相位角Δ0；
步骤3：被测样品P偏振反射光测试：在第一样品平台5上放入被测样品，而第二样品平台8上仍放置标准样件探测器探测光谱I1，计算相位角Δ1；
步骤4：计算样品反射光谱强度变化I为：
I＝I1-I0
步骤5：计算样品反射引起的相位变化Δ为：
Δ＝Δ1-Δ0
步骤6：旋转左臂与右臂入射角与出射角均为θ2，重复步骤3-5测量入射角度为θ2时的反射光谱强度与相位变化。
步骤7：步骤3中，在第一样品平台5上放入标准样件，而第二样品平台8上放置被测样品，重复步骤3-6测量样品S偏振反射光谱强度与相位信息。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等小变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种反射光相位信息表征装置，包括：光源(1)、起偏器(2)、第一1/4波片(3)、第一偏振分束器(4)、第一样品台(5)、第二偏振分束器(6)、第一反射镜(7)、第二样品台(8)、第二反射镜(9)、第二1/4波片(10)、检偏器(11)、探测器(12)，其特征在于：
所述装置的左侧为左臂，右侧为右臂，其中左臂包括：光源(1)、起偏器(2)、第一1/4波片(3)、第一偏振分束器(4)、第一反射镜(7)，右臂包括：第二偏振分束器(6)、第二反射镜(9)、第二1/4波片(10)、检偏器(11)、检偏器(12)，并且左臂与右臂可独立围绕垂直于第一样品台(5)的台面中心轴旋转；
其光路特征在于：从光源(1)出来的光首先经过起偏器(2)、第一1/4波片(3)，其次经过第一偏振分束器(4)，将光路分为光路1与光路2两条光路；光路1的光经过第一样品平台(5)上被测样品后进入第二偏振分束器(6)，光路2的光经过第一反射镜(7)后入射在第二样品平台(8)的标准样件上，之后经过第二反射镜(9)后进入第二偏振分束器6，汇合后的两束光同时出射依次经过第二1/4波片(10)、检偏器(11)，最后进入探测器(12)。
2.根据权利要求1所述的一种反射光相位信息表征装置，其特征在于，所述的第一偏振分束器(4)的分光比1：1。
3.一种基于权利要求1所述的一种反射光相位信息表征装置的反射光相位信息测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：固定入射角度θ1；
步骤2：背景测试：第一样品平台(5)与第二样品平台(8)同时放入标准样件探测器探测光谱I0，计算相位角Δ0；
步骤3：被测样品P偏振反射光测试：在第一样品平台(5)上放入被测样品，而第二样品平台(8)上仍放置标准样件探测器探测光谱I1，计算相位角Δ1；
步骤4：计算样品反射光谱强度变化I为：
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步骤5：计算样品反射引起的相位变化Δ为：
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步骤7：步骤3中，在第一样品平台(5)上放入标准样件，而第二样品平台(8)上放置被测样品，重复步骤3-步骤6测量被测样品S偏振反射光谱强度与相位信息。
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| CN202010384274.0A CN111443047A (zh) | 2020-05-09 | 2020-05-09 | 一种反射光相位信息表征装置及其测量方法 |
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| CN111443047A true CN111443047A (zh) | 2020-07-24 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117110205A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-24 | 晶诺微(上海)科技有限公司 | 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法 |
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2020
- 2020-05-09 CN CN202010384274.0A patent/CN111443047A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN117110205A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-24 | 晶诺微(上海)科技有限公司 | 一种角度连续可变的单波长椭偏测量装置及测量方法 |
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