CN112557344B - 一种双折射率的测定装置和测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双折射率的测定装置，属于光学与晶体学领域，其包括测量光源、扩束镜、汇聚物镜、棱镜、波片、载物台组件、物镜、镜筒、滤波片、偏振片、针孔光阑，扩束镜设置在测量光源的出射方向上，汇聚物镜设置在扩束镜出射光方向上，棱镜设置在汇聚物镜出射光方向上，棱镜的底面设置待测样品，待测样品设置在载物台组件上，物镜末端设置有镜筒，在镜筒和物镜之间设置有滤波片，镜筒内依次设置有偏振片和针孔光阑，载物台组件能升降、旋转、X方向和Y方向的移动，采集从针孔光阑出射的携带有待测样品折射率信息的出射光，从而能获得折射率。本发明装置能精确、方便地测量获得物体的双折射率信息。

Description

一种双折射率的测定装置和测定方法

技术领域

本发明属于光学与晶体学领域，更具体地，涉及一种双折射率的测定装置和测定方法。

背景技术

双折射是很多晶体都具有的一种性质，晶体光学中，按照晶胞微观结构将晶体分为七大晶系，包括轴晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、斜方晶系、单斜晶系和三斜晶系，除等轴晶系外的六种，均有双折射现象，故双折射现象是晶体光学研究的重点。除晶体所具有的这种永久性双折射之外，各向同性介质也会因为应力、电场等作用发生暂时性双折射。如塑料件在成型过程中的挤压或模塑带来的双折射，光纤因弯曲带来的双折射，液晶分子在电场中有序排列形成的双折射等。在激光晶体加工、玻璃材料和光学镀膜性质研究、液晶材料性质研究等领域，双折射的测量是基础一环。

对于体积大、可加工或易于塑形的物质，如液晶、光学薄膜、光学晶体等，可利用偏向角法、偏振干涉法测量其双折射率。但对于分布不均匀，成分复杂的样品，这些方法都难以使用。

以对矿石薄片的显微镜鉴定过程为例，双折射的测量较为繁琐，要在偏光显微镜下寻找垂直光轴切面的矿石颗粒，旋转矿片观察消光，并对干涉色进行比色、计算光程差，涉及到矿片厚度的测量、补色器的使用等。

因此，需要开发一种新型的双折射率测量的装置和方法，以克服现有的双折射率测量繁琐的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种双折射率的测定装置和测定方法，解决现有晶体的双折射率测量过程繁琐，测量要求高的问题，本发明方法和装置具有精度高、可重复、不依赖主观判断的优点。

按照本发明的一个方面，提供一种双折射率的测定装置，其包括测量光源、扩束镜、汇聚物镜、棱镜、波片、载物台组件、物镜、镜筒、滤波片、偏振片、针孔光阑，其中，扩束镜设置在测量光源的出射方向上，汇聚物镜设置在扩束镜出射光方向上，棱镜设置在汇聚物镜出射光方向上，棱镜的纵截面为梯形，棱镜的底面用于设置待测样品，汇聚物镜出射光对准棱镜的一个侧面，物镜的镜头对准棱镜的另一个侧面，用于接收从棱镜出射的出射光，待测样品设置在载物台组件上，物镜末端设置有镜筒，在镜筒和物镜之间设置有滤波片，镜筒内依次设置有偏振片针孔光阑，偏振片靠近物镜，采集从针孔光阑出射的携带有待测样品折射率信息的出射光，从而能获得折射率，载物台组件能实现升降、旋转、X方向和Y方向的移动，以带动待测样品实现在空间的全方位运动，从而实现对双折射率的测量。

进一步的，所述载物台组件1包括XY位移平台、旋转台、升降台和弹簧片，XY位移平台设置在旋转台上，弹簧片设置在XY位移平台上，旋转台设置在升降台上，弹簧片用于将样品压紧于XY位移平台台面上，旋转台带动待测样品以旋转中心轴做360°范围内旋转，XY位移平台水平移动样品使旋转中心轴与样品表面交点改变，行程覆盖样品待测范围，升降台用于调整样品高度，以与梯形棱镜底面相接触。

进一步的，扩束镜放大倍率为5倍～20倍，波片为二分之一波片或者四分之一的波片，波片设置在波片架上，通过旋转波片架可调整透射光的偏振方向，汇聚物镜为无限远物镜，工作距离2cm～5cm，针孔光阑起遮蔽杂散光的作用，其直径大小1um～2000um。

进一步的，还包括探测器和计算机，探测器与计算机相连，探测器可为CCD或CMOS，探测器用于接收物镜的出射光并成像，计算机用于提取明暗界限位置，计算对应的折射率，并通过与载物台组件的配合，完成对样品表面上每一个点的双折射率测量，

进一步的，所述棱镜的材质为高折射率光学玻璃，折射率至少大于1.7，如H-ZF13、蓝宝石晶体、红宝石晶体、氧化锆等，梯形棱镜两梯形面为磨砂面，其余四面为光学面，棱镜以夹具夹持，校准完成后即保持不动，工作时，棱镜底面与待测样品薄片相贴合，在贴合形成的缝隙处设置有折射率油，折射率油的折射率具有介于棱镜折射率和样品折射率之间。

进一步的，其包括如下步骤：

S1：将待测样品固定于XY位移平台上，在待测样品表面滴加折射率匹配液，上升XY位移平台使样品贴合于棱镜底面，

S2：采用探测器拍摄当前测量点的反射光束的明暗分布情况，

S3：提取明暗界限，得到折射率，若为双明暗界限情况，进入步骤S4，若为单明暗界限情况，进入步骤S6，若无有效界限，判定为无效点，进入步骤S7，

S4：以设定间隔旋转样品，探测器拍摄每个角度上的明暗界限情况，

S5：经过数据筛选、非线性反演，得到各个测量点的双折射性质，

S6：将待测样品旋转90°，再次进行明暗界限提取，若仍没有单明暗界限，判断为各向同性晶体，其折射率为步骤S3中获得的折射率，若有双明暗界限，跳转至步骤S4，

S7：XY平台移动指定距离到下一个待测点，返回步骤S2，直到完成测量范围内的所有点。

进一步的，待测样品为薄片状时，将待测样品表面进行离子抛光处理，使其符合粗糙度需求，还使反射光的散斑现象降低。

进一步的，待测样品的薄片利用吸光漆贴合在载玻片上，再进行双折射率的测定，测量的双折射率信息包括光轴角度和主轴折射率。

按照本发明的第三个方面，还提供一种采用如上所述装置进行宝石晶体的双折射率测定的方法，其包括如下步骤：

S1：制备宝石晶体样品的切片，切片待测面抛光处理，将待测样品固定于XY位移平台上，在待测样品表面滴加折射率匹配液，上升XY位移平台使样品贴合于棱镜底面，

S2：采用探测器拍摄当前测量点的反射光束的明暗分布情况，

S3：提取明暗界限，得到折射率，若为双明暗界限情况，进入步骤S4，若为单明暗界限情况，进入步骤S6，若无有效界限，判定为无效点，进入步骤S7，

S4：以设定间隔旋转样品，探测器拍摄每个角度上的明暗界限情况，

S5：经过数据筛选，非线性算法反演，得到各个测量点的双折射性质，

S6：将待测样品旋转90°，再次进行明暗界限提取，若仍没有单明暗界限，判断为各向同性晶体，其折射率为步骤S3中获得的折射率，若有双明暗界限，跳转至步骤S4，

S7：XY平台移动指定距离到下一个待测点，返回步骤S2，直到完成测量范围内的所有点。

本发明的测量的实现采用了机械扫描方式，包括测量区域内的平移扫描和每个测量点的旋转扫描，从而实现对晶体晶向无特殊需求的双折射率测量，并实现较高的空间分辨率。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

通过旋转样品，测量可测量样品完整的光率体形状，准确判断样品光性。测量光束偏振方向可调，可测折射率对应的偏振方向。镜筒中的带通滤波片、偏振片、针孔光阑，起到滤除杂散光的作用。XY位移平台可改变样品上的测量点。

发明优势在于，操作较为简单，对晶体的轴性、切面方向无要求，可保证一定精度与可重复性，并由高空间分辨率可实现双折射率分布的测量。相比于偏向角法、偏振干涉法，本发明优势为实行起来较为简单，不依赖光程差的测量，不需要对样品进行外形上的严格加工。

附图说明

图1是本发明实施例中的双折射率测定装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中光源模块的结构示意图；

图3是本发明实施例中探测模块的结构示意图；

图4是本发明实施例中滤光模块的结构示意图；

图5(a)为旋转度数为0°，石英晶体的光轴指向；

图5(b)为一个测量周期中，光率体切面的变化；

图6为不同旋转角度下测量的一组折射率数据处理后得到的拟合曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例中的双折射率测定装置的结构示意图，由图可知，其包括测量光源4、扩束镜5、汇聚物镜8、棱镜3、波片6、载物台组件1、物镜9、镜筒10、滤波片11、偏振片12、针孔光阑14、探测器15和计算机，其中，波片6设置在波片架7上，扩束镜5设置在测量光源4的出射方向上，汇聚物镜8设置在扩束镜5出射光方向上，棱镜3设置在汇聚物镜8出射光方向上，棱镜3的纵截面为梯形，棱镜的底面用于设置待测样品，汇聚物镜8出射光对准棱镜的一个侧面，物镜9的镜头对准棱镜的另一个侧面，用于接收从棱镜出射的出射光，待测样品设置在载物台组件1上，物镜9末端设置有镜筒10，在镜筒10和物镜9之间设置有滤波片11，镜筒10内依次设置有偏振片12和针孔光阑14，偏振片12靠近物镜，偏振片设置在偏振片架13上，采集从针孔光阑14出射的携带有待测样品折射率信息的出射光，从而能获得折射率，探测器15与计算机相连，探测器可为CCD或CMOS，探测器用于接收物镜的出射光并成像，计算机用于提取明暗界限位置，计算对应的折射率，并通过与载物台组件的配合，完成对样品表面上每一个点的双折射率测量。载物台组件能实现升降、旋转、X方向和Y方向的移动，以带动待测样品实现在空间的全方位运动，从而实现对双折射率的测量。

其中，载物台组件1包括XY位移平台、旋转台、升降台和弹簧片，XY位移平台设置在旋转台上，弹簧片设置在XY位移平台上，旋转台设置在升降台上，弹簧片用于将样品压紧于XY位移平台台面上，旋转台带动待测样品以旋转中心轴做360°范围内旋转，XY位移平台水平移动样品使旋转中心轴与样品表面交点改变，行程覆盖样品待测范围，升降台用于调整样品高度，以与梯形棱镜底面相接触。在实际工程实践中，XY位移台上还设置有软性胶圈2，样品设置在软性胶圈2上，升降台上升过程中通过软性胶圈2将样品抵接在棱镜底面。

在本发明的一个实施例中，测量光源为波长632.8nm的氦氖激光器，光束为垂直于测量平面的线偏光。波片可以为四分之一波片，将其置于22.5°方向，透射光为近似的圆偏光。扩束镜的倍率为10x。汇聚物镜的倍率为10x，工作距离为22mm。棱镜的材质为光学玻璃，牌号H-ZF13，对应使用的匹配液折射率为1.7800±0.0005。升降台为手动调节，XY位移平台和旋转台连接计算机驱动，XY位移平台行程22x22mm，旋转台为无限行程。

本发明的又一个实施例中，样品为直径1cm的圆片状，置于XY位移平台的胶圈上，调整升降台后，在胶圈的推挤下紧贴棱镜。针孔光阑直径为0.1mm。

从另一角度，本发明装置可以按照模型形式划分，包括光源模块，探测模块，载物台模块，滤光模块和接收模块。本发明中，光源模块为测量提供锥形光束的点光源，汇聚物镜将光束汇聚在待测样品表面，探测模块的棱镜和样品通过折射率油贴合，反射光束由滤光模块滤光后，由接收模块采集和处理。光源模块用于在样品表面形成光斑并调节光斑的大小。载物台模块用于固定薄片状的样品并完成扫描；滤光模块对反射光束进行空间滤波；接收模块包括对图像进行采集和分析。在完成一个测量周期后，能计算出所测样品的双折射率。

如图2所示，光源模块包括激光光源、扩束镜、波片、偏振片和聚焦物镜，其中聚焦物镜为无限共轭物镜。波片为二分之一波片，或四分之一波片，通过旋转波片架可调整透射光的偏振态。当n′与n″相差较大时，只需采用四分之一波片产生圆偏光，反射图像可以清晰分辨出两道界限，但相差较小时可利用半波片产生方向可调的线偏振光，使得反射图像中只有一道界限，避免互相干扰，提高折射率测量的精确度。无限共轭物镜用于在探测面上形成像方光斑。无限共轭物镜将平行光束无球差地聚焦为一个小光斑，可达到较高的空间分辨率，实现对样品的双折射率分布的测量。

如图3所示，探测模块包括棱镜，测量时棱镜与待测样品切片相贴合，贴合的缝隙处用折射率油贴合。棱镜采用高折射率的玻璃材质，折射率油采用高折射率液体，。使用高折射率的棱镜及折射率油，使得光束能在高折射率介质进入低折射率介质，即待测样品时，产生全反射，在临界角处产生亮度突变的明暗界限，且由于各向异性晶体的双折射，明暗界限会出现两道。

载物台模块包括载物台包括XY位移平台、旋转台、升降台和弹簧片，弹簧片用于将薄片状样品压紧在升降台台面上。旋转台带动待测样品以旋转中心轴做360°范围内旋转；XY位移平台水平移动样品使旋转中心轴与样品表面交点改变，行程覆盖样品待测范围；升降台调整样品高度后，载物台以软性胶圈推挤样品，与梯形棱镜底面接触。光斑落点即当前测量点，对准转台转轴，位移台带动样品移动，选取和改变测量点位置，而包括棱镜在内的其他测量模块不动，可以完成平面扫描。旋转台可以是电动形式的转台，能带动载物台转动，在切片旋转一周的过程中，晶体光率体或待测样品也绕竖直方向旋转一周，实现对光率体的测量。

如图4所示，滤光模块用于将样品表面光斑重新聚焦并成像。滤光模块包括物镜、带通滤波片、设置在滤光镜筒的可调针孔和偏振片，其中，物镜设置在镜筒的一端，针孔光阑和偏振片设置在镜筒内。样品表面反射光可能伴有杂散光，漫反射会使得入射的线偏振光退偏，全反射会使非o光、e光的线偏振光由于相位差改变变为椭圆偏振光。故成像后利用针孔滤除轴外杂散光，并利用偏振片滤波，来改善全反射明暗界限的反差度。

结合图1至图4可知，测量光源、扩束镜、波片、汇聚物镜、棱镜、带通滤波片、物镜、偏振片、针孔光阑、探测器位于同一平面内的光学系统主轴上，以样品表面垂线为轴分为两侧，光源、扩束镜、波片、汇聚物镜在一侧，物镜、带通滤波片、偏振片、针孔光阑、探测器在另一侧，偏振片固定于偏振片架，并与带通滤波片、针孔光阑一起固定在镜筒内，针孔光阑有调焦滑块于镜筒外。探测器外接计算器，探测器用于拍摄从滤光模块出射的出射光并将其成像，计算机用于进行图像处理。探测器和PC对光斑进行图像处理。接收的图像为全反射引起的明暗界限，在光率体旋转过程中，通过提取暗界限位置，计算对应的双折射率，在一个测量周期完成后，对双折射率的变化进行拟合，给出光率体切面形状及方向。

使用本发明装置进行测量的过程为：

开始测量时，将样品置于胶圈上，在样品表面滴加折射率匹配液，调节以上升升降台，使胶圈推挤样品以与棱镜贴合；连接探测器至计算机，打开测量光源，调整针孔光阑，计算机可接受到棱镜-样品表面的反射光束；连接XY位移平台和旋转台至计算机，驱动载物台的位移及旋转，位移改变测量点，旋转可改变测量点处样品的光率体方向。

根据反射定律，由高折射率的棱镜入射低折射率的样品，当入射角大于临界值sinθ_crit时，反射率恒为1。故入射光束在一定入射角度变化范围内，反射光产生由暗至明突变的界限，探测器接收图像，由计算机处理得到明暗界限的位置，对应得到当前测量点的折射率。

对于各向异性介质，探测器接收图像展示出两条明暗界限，计算机可将两条界限位置提取出来，对应两个折射率n′与n″。此时，旋转台受驱动进行转动，带动待测样品的光率体转动，测量得到的n′与n″呈周期性变化，不同的晶体，具有不同的变化模式。根据这测量所得的模式，利用计算机中的反演算法，可以确定晶体的光性。

有的折射率模式对应多种晶体光性情况，可通过调整波片角度改变偏振角度，使两界限中的n′消失，从而确定n″对应的偏振方向，根据此时的偏振特性可决定样品在待测点处的准确光性。

本发明中，光源为波长已知的激光器，扩束镜放大倍率为5～20倍，波片为二分之一波片或四分之一波片，通过旋转波片架可调整透射光的偏振态。适当的偏振态是保证测量进行的基础，实施例中的圆偏光用于保证在任何测量角度上，光束都可以被几乎均分为强度相等的两部分，得到两条强度几乎相同的明暗界限，才能保证测量的进行。汇聚物镜为无限远物镜，工作距离2cm-5cm。测量时，光束通过汇聚物镜，可在棱镜下表面形成一微小光斑，光斑短径为1～100um，长径为100～300um。针孔光阑起遮蔽杂散光的作用，其大小25～2000um。针孔光阑遮蔽杂散光是将针孔光阑作为视场光阑，限制样品表面除光斑之外的杂散光进入。探测器可为CCD或CMOS。棱镜与样品之间利用折射率匹配液贴合，折射率匹配液的折射率与棱镜折射率相符。

本发明采用折光仪原理，利用晶体光率体旋转过程中，全反射明暗界限移动的周期性规律，来实现双折射率信息的测量，具体的：

光源系统的锥形点光源，经过物镜汇聚后，进入探测模块，并在待测样品表面形成微小光斑。光斑具有不同入射角分量，形成对样品的角度扫描。由折射定律，当光线由光密介质射入光疏介质(n₁>n₂)，当入射角大于临界值sinθ_crit时，反射率恒为1。故入射光束在一定入射角度变化范围内，反射光产生由暗至明突变的界限，而此界限又与待测物体折射率n₂相关，故可推算出待测物体的折射率。

双折射率晶体对圆偏光的反射曲线呈现出两道明暗界限，当双折射率较大时，两道界限相距较远，可直接通过图像处理得出位置。当双折射率相差较小时，两道界限过于接近无法区分，则通过光源系统为测量提供o光和e光的线偏振光，通过两个测量周期分别测定n′与n″。

对于具有双折射性质的晶体，入射光在反射时会依照光率体垂直光矢方向切面椭圆的长短轴，分为两部分。光率体旋转一周的过程中，必会出现椭圆长轴等于折射率最大值和短轴等于折射率最小值的情况，在完成旋转一周的一个测量周期后，即可获得该晶体的双折射率。故采用电动转台，带动样品以测量点为轴心旋转一周，完成一次测量。

在单轴晶体中，两种光为寻常光(o光)和非寻常光(e光)，寻常光的折射率n_o不变，而非寻常光的折射率n_e′除样品为垂直光轴切面的情况外，都随光率体的旋转呈现周期性变化。以石英(n_o＝1.544，n_e＝1.553)切片以45°角斜交光轴为例，图5(a)为样品旋转的示意图，图中OA表示晶体光轴，其表示旋转度数为0°时石英晶体的光轴指向，图5(b)为样品旋转一周也即一个测量周期内，光率体切面的变化，即光率体旋转一周过程中切面形状的变化。在各个角度获取不同的双折射率，一个测量周期(光率体旋转360°)中，非寻常光折射率的最大值，即max(n′_e)，即为石英的n_e值，双折射率Δn＝n_e-n_o。为减小测量误差，本发明步骤中采用数据筛选、非线性拟合算法，给出测量的折射率和双折射率。图6为对一组测量数据处理后得到的拟合曲线，拟合参数值可以准确地反映样品的双折射率信息。

上述为针对一个测量点一次旋转测量得到双折射率的过程。样品载物台、旋转转台与XY位移平台结合，而棱镜通过支架固定。

总之，本发明利用全反射原理得到双折射晶体的两道明暗界限，并通过旋转光率体进行测量，得到晶体的双折射率。通过电动转台、PC和相机的协同，测量双折射时不依赖测试者的主观判断，精度与可重复性有保证。旋转光率体的测量方式，对样品制作时的轴向、切向无要求，可以更便捷地得到双折射率值。

本发明采用的是折光仪原理来测量双折射，相比于偏光显微镜法，本发明优势在于，操作较为简单，对晶体的轴性、切面方向无要求，可保证一定精度与可重复性，并由高空间分辨率可实现双折射率分布的测量。相比于偏向角法、偏振干涉法，本发明优势为实行起来较为简单，不依赖光程差的测量，不需要对样品进行外形上的严格加工。

本发明中，采用的光源为纵向偏振的激光光源，先将激光扩束获得直径较宽的光束，经过波片控制入射光的偏振态，灵活采用圆偏光或o光、e光线偏振光，对不同双折射率的样品进行测量。宽光束通过无限共轭物镜聚焦，最终在样品表面成像，形成一直径约5微米左右的光斑，来满足测量的空间分辨率需求。

本发明的双折射率的测量方法中，通过旋转光率体，同时采用全反射原理，测量光率体每个切面上的长短轴，完成一个周期的测量后，可完整地获得被测样品的光率体形状和光轴朝向，也即可实现如下目的，晶体类型的鉴定和空间位置的确定。无需提前知晓晶体光轴朝向，对样品的处理方式无特殊要求。测量的要求比较低，适用性更强。

本发明采用的扫描方式为固定棱镜的同时移动样品。棱镜通过折射率油与样品表面接触，通过支架对棱镜进行限位，XY位移平台固定样品后，由位移台带动，实现X、Y方向上的位移，完成选点，再由电动转台带动样品以被测点为中心旋转，完成对光率体形状的完整测量。

本发明中，针对反射光束的特性，如透射光成分在样品内的漫反射特性、反射光成分由于散射造成的退偏、全反射造成的偏振态变化等特性，采用了针孔滤光和偏振滤光两部分，来改善成像效果，得到边界更为清晰的图像。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双折射率的测定装置，其特征在于，其包括测量光源（4）、扩束镜（5）、汇聚物镜（8）、棱镜（3）、波片（6）、载物台组件（1）、物镜（9）、镜筒（10）、滤波片（11）、偏振片（12）、针孔光阑（14），其中，

扩束镜（5）设置在测量光源（4）的出射方向上，汇聚物镜（8）设置在扩束镜（5）出射光方向上，棱镜（3）设置在汇聚物镜（8）出射光方向上，棱镜（3）的纵截面为梯形，棱镜的底面用于设置待测样品，汇聚物镜（8）出射光对准棱镜的一个侧面，将光束汇聚于棱镜下底面，物镜（9）的镜头对准棱镜的另一个侧面，用于接收从棱镜出射的出射光，待测样品设置在载物台组件（1）上，物镜（9）末端设置有镜筒（10），在镜筒（10）和物镜（9）之间设置有滤波片（11），镜筒（10）内依次设置有偏振片（12）和针孔光阑（14），偏振片（12）靠近物镜，采集从针孔光阑（14）出射的携带有待测样品折射率信息的出射光，从而能获得折射率，载物台组件能实现升降、旋转、X方向和Y方向的移动，以带动待测样品实现在空间的全方位运动，从而实现对待测样品双折射率的测量，

其还包括探测器（15）和计算机，探测器与计算机相连，探测器可为CCD或CMOS，探测器用于接收物镜的出射光并成像，计算机用于提取明暗界限位置，计算对应的折射率，并通过与载物台组件的配合，完成对样品表面上每一个点的双折射率测量。

2.如权利要求1所述的一种双折射率的测定装置，其特征在于，所述载物台组件（1）包括XY位移平台、旋转台、升降台和弹簧片，XY位移平台设置在旋转台上，弹簧片设置在XY位移平台上，旋转台设置在升降台上，弹簧片用于将样品压紧于XY位移平台台面上，旋转台带动待测样品以旋转中心轴做360°范围内旋转，XY位移平台水平移动样品使旋转中心轴与样品表面交点改变，行程覆盖样品待测范围，升降台用于调整样品高度，以与梯形棱镜底面相接触。

3.如权利要求2所述的一种双折射率的测定装置，其特征在于，扩束镜放大倍率为5倍~20倍，波片为二分之一波片或者四分之一的波片，波片设置在波片架上，通过旋转波片架可调整透射光的偏振方向，汇聚物镜为无限远物镜，工作距离2 cm ~5cm，针孔光阑起遮蔽杂散光的作用，其直径大小1um ~2000um。

4.如权利要求3所述的一种双折射率的测定装置，其特征在于，所述棱镜的材质为蓝宝石晶体、红宝石晶体或氧化锆，其折射率至少大于1.7，梯形棱镜两梯形面为磨砂面，其余四面为光学面，棱镜以夹具夹持，校准完成后即保持不动，

工作时，棱镜底面与待测样品薄片相贴合，在贴合形成的缝隙处设置有折射率油，折射率油的折射率具有介于棱镜折射率和样品折射率之间。

5.采用如权利要求2-4之一所述装置进行双折射率测定的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：将待测样品固定于XY位移平台上，在待测样品表面滴加折射率匹配液，上升XY位移平台使样品贴合于棱镜底面，

S2：采用探测器拍摄当前测量点的反射光束的明暗分布情况，

S3：提取明暗界限，得到折射率，若为双明暗界限情况，进入步骤S4，若为单明暗界限情况，进入步骤S6，若无有效界限，判定为无效点，进入步骤S7，

S4：以设定间隔旋转样品，探测器拍摄每个角度上的明暗界限情况，

S5：经过数据筛选非线性反演，得到各个测量点的双折射性质，包括光轴角度和主轴折射率，

S6：将待测样品旋转90°，再次进行明暗界限提取，若仍没有单明暗界限，判断为各向同性晶体，其折射率为步骤S3中获得的折射率，若有双明暗界限，跳转至步骤S4，

S7：XY平台移动指定距离到下一个待测点，返回步骤S2，直到完成测量范围内的所有点。

6.采用如权利要求5所述装置进行物体成分均匀性的测定方法，其特征在于，待测样品为薄片状时，将待测样品表面进行离子抛光处理，使其符合粗糙度需求，还使反射光的散斑现象降低。

7.采用如权利要求6所述装置进行物体成分均匀性的测定方法，其特征在于，待测样品的薄片利用吸光漆贴合在载玻片上，再进行双折射率的测定。

8.采用如权利要求2-4之一所述装置进行宝石晶体的双折射率测定的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：制备宝石晶体样品的切片，切片待测面抛光处理，将待测样品固定于XY位移平台上，在待测样品表面滴加折射率匹配液，上升XY位移平台使样品贴合于棱镜底面，

S2：采用探测器拍摄当前测量点的反射光束的明暗分布情况，

S3：提取明暗界限，得到折射率，若为双明暗界限情况，进入步骤S4，若为单明暗界限情况，进入步骤S6，若无有效界限，判定为无效点，进入步骤S7，

S4：以设定间隔旋转样品，探测器拍摄每个角度上的明暗界限情况，

S5：经过数据筛选、非线性反演，得到各个测量点的双折射性质，

S6：将待测样品旋转90°，再次进行明暗界限提取，若仍没有单明暗界限，判断为各向同性晶体，其折射率为步骤S3中获得的折射率，若有双明暗界限，跳转至步骤S4，

S7：XY平台移动指定距离到下一个待测点，返回步骤S2，直到完成测量范围内的所有点。

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