CN212622220U - 一种正入射式反射光相位信息表征光路系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，光路系统由光路a与光路b两部分光路组成，包括激光器、起偏器、偏振分束器、第一1/4波片、第一样品台、第二1/4波片、第二样品台、第三1/4波片、检偏器、衰减器、探测器。光束经过偏振分束器后分为光路a与光路b，分别经过1/4波片与样品平台后反射，之后两束光从新汇聚于偏振分束器。本光路系统可同时测量样品反射光的强度信息和相位信息，即可获取反射光谱的全方面信息，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
本实用新型涉及材料正入射式反射光光强与相位探测技术领域，尤其是涉及一种正入射式反射光相位信息表征光路系统。
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。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，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，对于可见-近红外相位信息只能用仿真软件模拟得到。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，而提供一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，这种新的相位信息检测系统及方法，能够实现可见-近红外波段光谱强度与相位信息的同步测量，同时测试正入射式的反射光强度信息与相位信息，获取被测样品的全方面反射光谱信息。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，包括：
光源发射器，用于发射光源；
起偏器，用于将所述光源发射器发射的光源形成偏振光；
偏振分束器，用于将所述偏振光分成两束光路：光路a与光路b；
第一样品台，设于所述光路a中，用于放置被测样品，所述第一样品台与所述偏振分束器之间设有第一1/4波片；
第二样品台，设于所述光路b中，用于放置标准样件，所述第二样品台与所述偏振分束器之间设有第二1/4波片；及
反射光检测单元，使携带样品信息的测试反射光和参考反射光发生相干干涉，并通过探测光谱强度计算被测样品的相位信息。
进一步地，所述反射光检测单元包括依次设置的探测器、衰减器、检偏器以及第三1/4波片，所述光路a中被测样品的反射光以及所述光路b中标准样件的反射光经过所述偏振分束器汇聚，汇聚后的两束光同时出射并依次经过所述第三1/4波片及检偏器，所述第三1/4波片与检偏器对光进行调制，之后再经过所述衰减器，进入所述探测器。
进一步地，所述光路a与光路b相互垂直。
进一步地，所述偏振分束器的分光比1：1。
进一步地，所述光源发射器为激光器。
一种正入射式反射光相位信息表征方法，采用上述光路系统进行测试，具体包括以下步骤：
步骤1：背景测试，第一样品台与第二样品台同时放入标准样件，改变反射光检测单元中检偏器的方位角，并测试对应的光强；
步骤2：被测样品反射光测试，在第一样品台上放置被测样品，第二样品台仍放置标准样件，改变反射光检测单元中检偏器的方位角，并测试对应的光强；
步骤3：计算被测样品的反射引起的光谱变化，其具体为步骤2测得的光强与步骤1测得光强的差值；
步骤4：计算被测样品反射引起的相位变化。
其中，步骤1中所述检偏器方位角分别为0度、45度、90度、135度时，测试对应的光强：I00、I01、I02、I03。
步骤2中所述检偏器方位角分别为0度、45度、90度、135度时测试对应的光强：I10、I11、I12、I13。
步骤3中计算被测样品的反射引起的光谱变化I为：
I0＝I10-I00，I1＝I11-I01，I2＝I12-I02，I3＝I13-I03。
步骤4中计算被测样品反射引起的相位变化
为：
本光路系统的具体工作原理为，从激光器出来的光首先经过起偏器，偏振分束器将光束分为光路a与光路b，光路a的光经过第一1/4波片后照射在第一样品台上被测样品后被反射，反射光再次经过第一1/4波片后再次进入偏振分束器，光路b的光经过第二1/4波片后照射在第二样品台上标准样件后被反射，反射光再次经过第二1/4波片后再次进入偏振分束器，之后两束光重新汇聚于偏振分束器，汇合后的两束光同时出射依次经过第三1/4波片、检偏器、衰减器最后进入探测器，通过探测光谱强度计算被测样品的相位信息。
本光路系统可同时测量正入射情况下被测样品反射光的强度和相位信息，即可获取正入射式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。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：(1)本实用新型的相位测试系统不限探测波长范围；(2)本实用新型同时测量被测样品的反射光强度与相位信息；(3)本实用新型测试正入射式的反射光强度信息与相位信息；(4)本实用新型的光路简单，计算方法简便。
附图说明
图1为本实用新型正入射式反射光相位信息表征光路系统的光路图；
附图标记：
1-激光器、2-起偏器、3-偏振分束器、4-第一1/4波片、5-第一样品台、6-第二1/4波片、7-第二样品台、8-第三1/4波片、9-检偏器、10-衰减器、11-探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型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，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种正入射式反射光相位信息表征光路系统。
从激光器1出来的光首先经过起偏器2，偏振分束器3将光束分为光路a与光路b，光路a的光经过第一1/4波片4后照射在第一样品台5上被测样品后被反射，反射光再次经过第一1/4波片4后再次进入偏振分束器3；光路b的光经过第二1/4波片6后照射在第二样品台7上标准样件后被反射，反射光再次经过第二1/4波片4后再次进入偏振分束器3，汇合后的两束光同时出射依次经过第三1/4波片8、检偏器9、衰减器10最后进入探测器11。
基于该光路系统的正入射式反射光相位信息表征方法，具体包括以下步骤：
步骤1：背景测试：第一样品台5与第二样品台7同时放入标准样件，探测检偏器9方位角分别为0度、45度、90度、135度时测试对应的光强：I00、I01、I02、I03；
步骤2：被测样品反射光测试：在第一样品台5上放置被测样品，第二样品台7仍放置标准样件，探测检偏器9方位角分别为0度、45度、90度、135度时测试对应的光强：I10、I11、I12、I13；
步骤3：计算被测样品的反射引起的光谱变化I为：
I0＝I10-I00，I1＝I11-I01，I2＝I12-I02，I3＝I13-I03
步骤4：计算被测样品反射引起的相位变化
为：
本光路系统可同时测量正入射情况下被测样品反射光的强度和相位信息，即可获取正入射式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。
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实用新型结构所做的举例说明。凡依据本实用新型构思的构造、特征及原理所做的等小变化或者简单变化，均包括于本实用新型的保护范围内。本实用新型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，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，其特征在于，包括：
光源发射器，用于发射光源；
起偏器(2)，用于将所述光源发射器发射的光源形成偏振光；
偏振分束器(3)，用于将所述偏振光分成两束光路：光路a与光路b；
第一样品台(5)，设于所述光路a中，用于放置被测样品，所述第一样品台(5)与所述偏振分束器(3)之间设有第一1/4波片(4)；
第二样品台(7)，设于所述光路b中，用于放置标准样件，所述第二样品台(7)与所述偏振分束器(3)之间设有第二1/4波片(6)；及
反射光检测单元，使携带样品信息的测试反射光和参考反射光发生相干干涉，并通过探测光谱强度计算被测样品的相位信息。
2.根据权利要求1所述的一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，其特征在于，所述反射光检测单元包括依次设置的探测器(11)、衰减器(10)、检偏器(9)以及第三1/4波片(8)，
所述光路a中被测样品的反射光以及所述光路b中标准样件的反射光经过所述偏振分束器(3)汇聚，汇聚后的两束光同时出射并依次经过所述第三1/4波片(8)及检偏器(9)，所述第三1/4波片(8)与检偏器(9)对光进行调制，之后再经过所述衰减器(10)，进入所述探测器(11)。
3.根据权利要求1所述的一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，其特征在于，所述光路a与光路b相互垂直。
4.根据权利要求1所述的一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，其特征在于，所述偏振分束器(3)的分光比1：1。
5.根据权利要求1所述的一种正入射式反射光相位信息表征光路系统，其特征在于，所述光源发射器为激光器(1)。
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