專利名稱：全光場偏振像差檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及偏振像差檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種全光場偏振像差檢測裝置
背景技術(shù)：
高精密成像系統(tǒng)中大數(shù)值孔徑投影物鏡等光學(xué)元器件的使用，導(dǎo)致入射波嚴(yán)重離軸傾斜，使TE和TM兩種偏振光的透射率不同，從而導(dǎo)致成像對比度嚴(yán)重下降，客觀上必然要求對大數(shù)值孔徑投影物鏡等光學(xué)元器件的全光場偏振像差信息進(jìn)行提取和分析。關(guān)于全光場偏振像差信息提取和分析的檢測方法主要是基于全光場米勒矩陣檢測的原理，通過對待測樣品入射前及出射后全光場斯托克斯參量的檢測，然后根據(jù)相應(yīng)的算法求出全光場的米勒矩陣分布，即全光場偏振像差信息，其裝置及檢測方法一般包括兩部分，即全偏振態(tài)發(fā)生器PSG和全偏振態(tài)分析器PSA?！0004]全偏振態(tài)發(fā)生器PSG部分，傳統(tǒng)的檢測方法一般為旋轉(zhuǎn)元件偏振測量法(rotatingelement polarimetry),如在先技術(shù) IHauge, P. S. , Azzam, R. M. A. , et al,“MuellerMatrix Polarimetry,，，in Polarized Light, Dennis Goldstein. (SecondEdition, Revised andExpanded, Marcel Dekker, Inc. , 2003).，但旋轉(zhuǎn)兀件偏振測量法需要旋轉(zhuǎn)偏振器或者相位延遲器，從而引入較大測量誤差；傳統(tǒng)檢測方法中，也有使用振蕩元件偏振測量法(oscillating element polarimetry)的，如在先技術(shù) 2 [R. M. A. Azzam,“Simulationof mechanical rotation by optical rotation !Application to the designof a new Fourierphotopolarimeter ”，J. Opt. Soc. Am. 68, 518-521 (1978).中的裝置，裝置中有法拉第旋轉(zhuǎn)器⑷和(6)、1/4波片(5)以及偏壓控制器(15)，但裝置中的偏壓控制器
(15)加載的電壓為正弦調(diào)制電壓，需要用到貝塞爾變換算法，復(fù)雜度大，裝置中的兩個法拉第旋轉(zhuǎn)器(4)和￠)的通光孔徑較小且旋光角度必須大小相等方向相反，無法對待測樣品
(7)進(jìn)行全光場偏振像差信息進(jìn)行瞬間快速檢測，需要進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。全偏振態(tài)分析器PSA部分，傳統(tǒng)檢測方法一般包括旋轉(zhuǎn)元件偏振測量法(Rotating-element polarimeters)和相位調(diào)制偏振測量法(Phase modulatingpolarimeters),但這些檢測方法為了測量某一特定場點(diǎn)的偏振信息，需要對該場點(diǎn)連續(xù)檢測四次以上，如果要檢測整個光場，則需要逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，因此這些檢測方法無法實(shí)現(xiàn)全光場偏振信息的快速實(shí)時測量，并且有些裝置需要精密旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而引入較大測量誤差，在先技術(shù) John E. Hubbs,Mark E. Gramer, et al,“Measurement of theRadiometric and Polarization Characteristics of a Micro-GridPolarizer InfraredFocal Plane Array，，，Proc. SPIE 6285，62850C，2006.及在先技術(shù) James K. Boger,et al, “Modeling Precision and Accuracy of a LffIR Microgrid ArrayImagingPolarimeter”，Proc. SPIE 5777, 57770U, 2005.中提出的瞬時多路測量成像偏振探測儀主要由微偏振檢偏器陣列(9)、CCD探測器陣列(10)以及一些其他的元件所組成，但其中沒有補(bǔ)償器(8)，可以實(shí)現(xiàn)全光場全斯托克斯參量的實(shí)時檢測，且不受環(huán)境變化影響，然而卻只能檢測前三個斯托克斯參量，不能提取右旋或者左旋偏振光的光強(qiáng)度信息，因此提取不出第四個斯托克斯參數(shù)，對偏振信息的檢測不全。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決在先技術(shù)I中存在的需要精密旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的問題、在先技術(shù)2中存在的加載電壓為正弦調(diào)制電壓時算法復(fù)雜的問題、在先技術(shù)I和2中存在的需要逐點(diǎn)測量多次并對全光場進(jìn)行掃描的問題以及在先技術(shù)3和4中存在的對偏振信息的檢測不全等問題，提供一種全光場偏振像差檢測裝置，該裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、共光軸且穩(wěn)定、高空間分辨率且測量速度較快的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種全光場偏振像差檢測裝置，該裝置包括全偏振態(tài)發(fā)生器、全偏振態(tài)分析器及信號處理和控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于；所述全偏振態(tài)發(fā)生器包括激光器、激光擴(kuò)束器、起偏器、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、1/4波 片和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器，所述全偏振態(tài)分析器包括補(bǔ)償器、微偏振檢偏器陣列及CCD探測器陣列，其位置關(guān)系是沿該激光器的激光輸出方向，依次是所述的激光擴(kuò)束器、起偏器、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、1/4波片、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器、補(bǔ)償器(8)、微偏振檢偏器陣列和CCD探測器陣列；所述微偏振檢偏器陣列是由微偏振檢偏器超像素的陣列組成，所述的微偏振檢偏器超像素由O度線偏振微檢偏器、45度線偏振微檢偏器、90度線偏振微檢偏器和135度線偏振微檢偏器組成，所述的CCD探測器陣列是由CCD探測器超像素的陣列組成的，所述CCD探測器陣列超像素是由四個相同的CCD探測器子像素組成；所述的微偏振檢偏器陣列和所述的CCD探測器陣列集成在一起，使所述的微偏振檢偏器超像素陣列和CCD探測器超像素陣列一一對準(zhǔn)，形成對準(zhǔn)超像素陣列；所述信號處理和控制系統(tǒng)包括放大器、同步數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、第一偏壓控制器和第二偏壓控制器；所述的CCD探測器陣列經(jīng)所述的放大器、同步數(shù)據(jù)采集卡與所述的計算機(jī)的輸入端相連，所述計算機(jī)的輸出端接所述的第一偏壓控制器和第二偏壓控制器的輸入端，所述的第一偏壓控制器的輸出端接所述的補(bǔ)償器的控制端，所述的第二偏壓控制器的輸出端接所述的第一法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器的控制端。所述起偏器為偏振片、偏振棱鏡或偏振相位掩模。所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器完全相同，且在所述第二偏壓控制器的相同加載電壓條件下，產(chǎn)生兩個大小相同、方向相同或者方向相反且連續(xù)可調(diào)的旋光角度。所述1/4波片為晶體材料型1/4波片、多元復(fù)合型1/4波片、反射棱體型1/4波片或者雙折射薄膜型1/4波片，其相位延遲量的范圍為89° 91°。所述補(bǔ)償器為光彈調(diào)制器、液晶相位延遲器、鈮酸鋰晶體，在所述第一偏壓控制器的加載電壓條件下產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)相位延遲的光學(xué)元件或者器件。所述的同步數(shù)據(jù)采集卡是具有A/D轉(zhuǎn)換功能的多通道高速數(shù)據(jù)采集卡。所述計算機(jī)安裝有數(shù)據(jù)處理、分析軟件、第一偏壓控制器和第二偏壓控制器的偏壓控制軟件。[0019]所述第一偏壓控制器和第二偏壓控制器是連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。利用上述的全光場偏振像差檢測裝置對待測樣品的全光場偏振像差檢測方法，該方法包括下列步驟①對所述的法拉第旋轉(zhuǎn)器加載偏控電壓，進(jìn)行第一次測量；計算機(jī)通過所述的第二偏壓控制器同時改變所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器上偏控電壓的大小，使所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器產(chǎn)生的旋光角度分別為Y i和-Y i，所述激光器產(chǎn)生的激光束通過所述激光擴(kuò)束器進(jìn)行擴(kuò)束后，照射到所述起偏器上，變成線偏振平行光束，而后通過所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器、1/4波片和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器的調(diào)制，得到平行光束的斯托克斯矢量為
權(quán)利要求1.一種全光場偏振像差檢測裝置，該裝置包括全偏振態(tài)發(fā)生器、全偏振態(tài)分析器及信號處理和控制系統(tǒng)，其特征在于； 所述全偏振態(tài)發(fā)生器包括激光器(I)、激光擴(kuò)束器(2)、起偏器(3)、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器(4)、1/4波片(5)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器(6)，所述全偏振態(tài)分析器包括補(bǔ)償器(8)、微偏振檢偏器陣列(9)及CCD探測器陣列(10)，其位置關(guān)系是沿該激光器(I)的激光輸出方向，依次是所述的激光擴(kuò)束器(2)、起偏器(3)、第一法拉第旋轉(zhuǎn)器(4)、1/4波片(5)、第二法拉第旋轉(zhuǎn)器(6)所述的補(bǔ)償器(8)、微偏振檢偏器陣列(9)和CCD探測器陣列(10)； 所述微偏振檢偏器陣列(9)是由微偏振檢偏器超像素(901)的陣列組成，所述的微偏振檢偏器超像素(901)由O度線偏振微檢偏器(902)、45度線偏振微檢偏器(903)、90度線偏振微檢偏器(904)和135度線偏振微檢偏器(905)組成，所述的CXD探測器陣列(10)是由CXD探測器超像素(1001)的陣列組成的，所述CXD探測器陣列超像素(1001)是由四個相同的CCD探測器子像素組成；所述的微偏振檢偏器陣列(9)和所述的CCD探測器陣列(10)集成在一起，使所述的微偏振檢偏器超像素(901)陣列和CXD探測器超像素(1001)陣列一一對準(zhǔn)，形成對準(zhǔn)超像素陣列(901-1001)； 所述信號處理和控制系統(tǒng)包括放大器(11)、同步數(shù)據(jù)采集卡(12)、計算機(jī)(13)、第一偏壓控制器(14)和第二偏壓控制器(15)； 所述的CCD探測器陣列(10)經(jīng)所述的放大器(11 )、同步數(shù)據(jù)采集卡(12)與所述的計算機(jī)(13)的輸入端相連，所述計算機(jī)(13)的輸出端接所述的第一偏壓控制器(14)和第二偏壓控制器(15)的輸入端，所述的第一偏壓控制器(14)的輸出端接所述的補(bǔ)償器(8)的控制端，所述的第二偏壓控制器(15)的輸出端接所述的第一法拉第旋轉(zhuǎn)器(4)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器(6)的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光場偏振像差檢測裝置，其特征在于所述起偏器(3)為偏振片、偏振棱鏡或偏振相位掩模。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光場偏振像差檢測裝置，其特征在于所述第一法拉第旋轉(zhuǎn)器(4)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)器(6)完全相同，且在所述第二偏壓控制器(15)的相同加載電壓條件下，產(chǎn)生兩個大小相同、方向相同或者方向相反且連續(xù)可調(diào)的旋光角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光場偏振像差檢測裝置，其特征在于所述1/4波片(5)為晶體材料型1/4波片、多元復(fù)合型1/4波片、反射棱體型1/4波片或者雙折射薄膜型1/4波片，其相位延遲量的范圍為89° 91°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光場偏振像差檢測裝置，其特征在于所述補(bǔ)償器(8)為光彈調(diào)制器、液晶相位延遲器、鈮酸鋰晶體，在所述第一偏壓控制器(14)的加載電壓條件下產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)相位延遲的光學(xué)元件或者器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光場偏振像差檢測裝置，其特征在于所述的同步數(shù)據(jù)采集卡(12)是具有A/D轉(zhuǎn)換功能的多通道高速數(shù)據(jù)采集卡。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全光場偏振像差檢測裝置，其特征在于所述第一偏壓控制器(14 )和第二偏壓控制器(15)是連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。
專利摘要一種全光場偏振像差檢測裝置，該裝置包括全偏振態(tài)發(fā)生器、全偏振態(tài)分析器及信號處理和控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、共光軸且穩(wěn)定、高空間分辨率和測量速度快的特點(diǎn)。
文檔編號G01M11/02GK202693266SQ201220130320
公開日2013年1月23日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者曹紹謙, 步揚(yáng), 步鵬, 王向朝, 張敏, 湯飛龍, 李中梁 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所