CN201107118Y - 一种椭圆偏振光分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及实验与检测设备，特指一种椭圆偏振光分析装置。本实用新型采用在空心轴步进电机轴上安装检偏器的方法，当步进电机在控制信号和驱动脉冲作用下旋转时，带动检偏器作方位角扫描。光电探测器接收按检偏器方位角扫描的光强信号并转换为电信号，光电信号经电路处理后再经A/D转换为数字量。单片机系统控制步进电机的正、反转，快、慢和步距，同时采集光电信号数字量。采集到的数字量经USB接口输入PC机，PC机对接收到的数据进行分析处理，显示相关图形和曲线，并计算和输出椭圆偏振光的相关参数。PC机设置人机界面，通过USB接口控制单片机从而控制整个系统，完成相关任务。本实用新型具有操作简便，精度高，可以给出给出椭圆偏振光的相关参数。

Description

一种椭圆偏振光分析装置

技术领域

本实用新型涉及实验与检测设备，特指一种椭圆偏振光分析装置，可用于高等院校偏振光部分实验、波片相位延迟和光在介质界面上反射引起的相位移动量的测量，波片快慢轴的标定等。

背景技术

椭圆偏振光分析是现代光学、光电子学、薄膜等技术中非常重要的一种方法。现有的装置一般有三种形式：一是手动调节通过刻度盘读出检偏器或波片转过的角度；二是采用编码盘用步进电机或手动旋转，通过相应电路显示检偏器或波片转过的角度；三是用圆光栅作为测角装置。以上三种方式都有不足之处，方法之一太粗糙，仅能作为定性演示的实验仪器；方式二有较高的精度，但相关装置较复杂；方式三精度较高，但价格昂贵，使用不太方便。特别是作为实验设备不能给出椭圆偏振光的相关参数。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种椭圆偏振光分析装置，基本层次是为高等学校提供一种偏振光分析实验仪器；提高层次是提供一种智能化椭圆偏振光相位差测量装置，用于检测光经波片后的相位延迟量、偏振光经介质界面反射后的相位延迟、波片快慢轴的标定等。

实现上述目的的技术方案为：

椭圆偏振光分析装置结构如图1所示，由光源、起偏器、椭圆偏振光产生器、检偏器、光电探测器组成，其特征在于：增加了空心轴步进电动机、光电信号处理单元、单片机系统、计算机控制和分析系统，空心轴步进电动机位于椭圆偏振光产生器之后，检偏器固定在空心轴步进电动机的轴上，空心轴步进电动机驱动器通过导线与单片机系统连接，光电探测器通过导线与光电信号处理单元连接、光电信号处理单元再通过导线与单片机系统连接，单片机系统通过USB接口与计算机控制系统连接。

上述装置中，将固定在空心轴步进电动机的轴上的检偏器换为四分之一波片，则可实现四分之一波片相位延迟量、偏振光经介质界面反射后的相位延迟量的测量，波片快慢轴的标定等功能。

步进电机驱动器、系统电源、单片机系统、光电信号处理单元安置在一个小型机箱内，机箱上有电源接口、电源开关、电源指示灯、光电信号输入接口、USB接口、光电信号放大倍数调节电位器和调零电位器。

空心轴步进电机一端安装一个可拆卸接口，接口上留有插槽，插槽内可放置检偏器或波片，具体是检偏器还是波片可根据使用需要而更换。

为了减少杂散光的干扰，在光电探测器前端可装有圆筒型光栏。

待分析的光可以是自然光经起偏器和波片产生，也可以是线偏振光经界面反射产生，其经由步进电动机带动的检偏器后，由光电探测器转换为光电信号，模拟光电信号经预处理后再由单片机系统中的A/D转换装置变换成数字量，单片机系统实时采集光电信号数字量，经USB接口电路送入PC机。单片机系统一方面用于实时采集光电信号数字量，另一方面受PC机控制产生空心轴步进电动机所需的控制和驱动脉冲。PC机在获得由单片机系统送来的光电信号数字量的同时，也有了步进电机的转角，根据光电信号和转角的关系，利用计算机分析程序对椭圆偏振光进行分析，获得相应参数。

以波片相位延迟的测量为例，叙述本实用新型装置在椭圆偏振光分析中的方法。光源发出的自然光，经起偏器成为线偏振光，线偏振光经椭圆偏振光产生器后成为椭圆偏振光，椭圆偏振光经由空心轴步进电机带动的检偏器后射到光电探测器上，转换为光电信号，经处理的光电信号再经单片机系统中的A/D转换装置转换为数字量，由单片机系统采集并送入PC机，PC机调用相应处理程序，在波片光轴坐标系中，一方面在显示器上显示极坐标光强分布，同时转换成椭圆偏振光光矢量椭圆。计算机控制与分析系统对数据分析，求出相应光矢量椭圆外切矩形的倾角以及椭圆长轴和X轴之间的夹角ψ，利用公式计算出波片的相位延迟量。

本实用新型具有操作简便，精度高，可以给出给出椭圆偏振光的相关参数。

附图说明：

图1系统设计方案框图

图2系统结构框图

图3单片机系统框图

图4计算机程序流程框图

图中标号：1为光源，2为扩束准直镜组，3为小孔光栏，4为起偏器，5为椭圆偏振光产生器，6为空心轴步进电机，7为检偏器，8为光电探测器，9为机箱电源开关，10为机箱，11为步进电机接口，12为光电信号输入接口，13为USB接口，14为放大倍数调节旋扭，15为放大器调零旋扭，16为电源指示灯17计算机控制和分析分析系统

具体实施方式

本实用新型装置如图2所示，由He-Ne激光器输出的激光光源1经扩束准直镜2扩束后，通过小孔光栏3形成半径约为1.5毫米左右的平行光束，再经起偏器4成为线偏振光。线偏振光经椭圆偏振光产生器5形成椭圆偏振光，该椭圆偏振光穿过安装有检偏器7的步进电机6空心轴，落在光电探测器8上，产生与透过检偏器光强成正比的微弱光电信号，光电探测器输出的微弱光电信号经光电信号处理单元放大后送入单片机系统的I/O口。为了保证光电信号与光强成正比，在处理电路中设置了调零电位器15和放大倍数调节电位器14。

单片机系统接受计算机系统的指令，一方面产生步进电机所需要的驱动脉冲和步进电机的控制脉冲；另一方面完成光电信号经A/D转换后数字量的采集，并将采集到的数字量通过USB接口实时传送给计算机。单片机系统程序框图如图3所示。

计算机控制与分析系统17主要完成两方面工作，一是通过界面接受指令，控制单片机系统进而控制步进电机；二是接收USB接口送来的光电信号数字量，并对数据进行实时处理。处理数据的要求一是利用绘图软件显示透过检偏器的光强与检偏器转角的关系，即在极坐标中显示光强与检偏器转角间的关系；二是通过程序将椭圆偏振光的光强极坐标关系转换为光的电矢量极坐标关系；三是由光的电矢量极坐标关系分析并计算形成椭圆偏振光的两光矢量之间的相位差。计算机系统程序框图如图4所示。

本系统在实施过程中还包括综合调试和坐标标定。综合调试包括光路调整，放大器零点和放大倍数调整。坐标的标定是要严格确定光轴坐标系中X轴即步进电机的起始位置。

Claims (5)

1、一种椭圆偏振光分析装置，由光源(1)、起偏器(4)、椭圆偏振光产生器(5)、检偏器(7)、光电探测器(8)组成，其特征在于：增加了空心轴步进电动机(6)、光电信号处理单元、单片机系统、计算机控制和分析(17)系统，空心轴步进电动机(6)位于椭圆偏振光产生器(5)之后，检偏器(7)固定在空心轴步进电动机(6)的轴上，空心轴步进电动机驱动器通过导线与单片机系统连接，光电探测器(8)通过导线与光电信号处理单元连接、光电信号处理单元再通过导线与单片机系统连接，单片机系统通过USB接口与计算机控制系统连接(17)。

2、权利要求1所述的一种椭圆偏振光分析装置，其特征在于：固定在空心轴步进电动机的轴上的检偏器换为四分之一波片。

3、权利要求2所述的一种椭圆偏振光分析装置，其特征在于：空心轴步进电机一端安装有可拆卸接口，接口上留有插槽，插槽内放置检偏器或波片。

4、权利要求1所述的一种椭圆偏振光分析装置，其特征在于：在光电探测器前端装有圆筒型光栏。

5、权利要求1所述的一种椭圆偏振光分析装置，其特征在于：步进电机驱动器、系统电源、单片机系统、光电信号处理单元安置在一个机箱(10)内，机箱(10)上有电源接口、电源开关(9)、电源指示灯(16)、光电信号输入接口(12)、USB接口(13)、光电信号放大倍数调节电位器(14)和调零电位器(15)。

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