基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统及方法，对于待测样品上每一点的相位延迟量，运用四分之一波片法获取数据，在1/4波片法检测方法基础上，对数据处理进行了算法改进，从而提出了傅立叶四分之一波片法，通过离散傅立叶算法消除数据中噪声的干扰，准确获取了相位值；该基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统包括：激光器、待测样品、显微物镜、1/4波片、检偏器与步进电机、电荷耦合元件(CCD)、计算机控制中心。本发明专利技术确定了样品的相位延迟量，实现了对二维液晶移相器件进行高精度、高分辨率、快速、自动的检测，提高了检测相控阵相位分布的分辨率和精度。

【技术实现步骤摘要】
基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统及方法
本专利技术属于光学移相检测
，尤其涉及一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统及方法。
技术介绍
在液晶光学移相器件中，特别是液晶移相阵列式器件中(例如：液晶光学相控阵)，最大偏转角度、有效孔径、指向精度等技术指标均与器件对入射激光的移相有直接关系。因此，液晶光学移相的检测技术可以为液晶光学相控器件的进一步发展提供可靠的检测手段和依据。其中：高分辨率、高精度、快速是其检测方法或者系统需要具备的能力和技术指标。目前的相位测量方法主要有光谱测相法、补偿法、光强法、相位调试法等。但在实施这些方法并搭建光路系统时，要求测试环境具备极高抗震性才能避免样品上不同位置的相位在检测中互相影响，因此无法测试具备较高空间分辨率的二维液晶移相阵列器件的移相特性，无法检测液晶移相阵列器件中1微米量级的空间分布细节。同时采用传统的1/4波片法并添加显微物镜提高空间分辨率的方法中，由于需要对最小出射激光功率密度的判别，在测试精度、自动化实现、抗震性、检测速度上都有较大的不足，无法实现对二维液晶移相器件的高精度、高分辨率、快速、自动的检测。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统及方法，旨在解决现有的移相检测方法的分辨率低、精度低、抗震性低的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法，其特征在于，该基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法包括：步骤一，将线偏振激光器、待测样品、显微物镜、1/4波片、中空步进电机旋转台的检偏器、电荷耦合元件架设在共轴光路中；步骤二，将线偏振激光的偏振方向、检偏器的方向相互垂直，其中检偏器检偏方向标定为系统角度的0度位置；步骤三，将1/4波片光轴方向调整在0度或90度，将待测样品的光轴的方向设置在45度或者135度，待测样品与线偏振激光器、1/4波片、检偏器构成了基本的1/4波片法，激光器发出的线偏振光穿过相控阵样品时分解为有一定相位差的寻常光和非寻常光，再经过1/4波片法时转化为一定偏振方向的偏振光，偏振方向的变化角度为相位延迟的1/2，再旋转检偏器再次消光对该线偏振光的偏振方向变化大小进行判定，从而得到相位延迟量；步骤四，调整显微物镜和待测样品的距离，通过电荷耦合元件的图像，调整成像最为清晰；步骤五，通过计算机控制中心控制步进旋转台带动检偏器旋转180度，检偏器每转动一度的同时，电荷耦合元件获取按照相同步进角度获取N帧灰度数据Ii(x,y)，其中i＝(1、2、3、、、N)为检偏器的旋转角度，(x,y)为样品上的点坐标，从而获取了待测样品上每一个点位置对应的N个灰度数据；步骤六，在通过电荷耦合元件获取每一帧数据Ii(x,y)的同时，计算机控制中心进行数据处理。进一步，在步骤一中，让激光依次通过各个器件的中心，同时将中空步进电机旋转台、电荷耦合元件通过数据线连接到计算机控制中心。进一步，在步骤五中，其中下标i＝1,2,3…，N，(x,y)是电荷耦合元件灰度数据的空间像素标记，对应的检偏器的角度为θi数据采集个数N与最终的精度有关，N越大检测的精度越高，同时受到电荷耦合元件帧率的影响，N越大造成检测速度的降低，N设定为50～200。进一步，在通过电荷耦合元件获取每一帧数据Ii(x,y)的同时，计算机控制中心进行数据处理方法为：根据余弦函数的傅立叶级数关系，时域延时量与角频率的乘积等于频域相延，所测器件在(x,y)位置的相位其中:通过计算机控制中心的计算，完成单个视场内部的所有像素位置的移相信息。傅立叶算法实现方法如下实现曲线中最小值的获取：曲线的角频率ω0为定值，由检偏器旋转的总角度决定，假定中间变量复数矩阵X(x,y)，并利用加权求和的方式计算样品上每一点(x,y)的灰度数据复变转换其中ω0＝2，θi以弧度为单位，从而由欧拉公式得到该曲线在ω0＝2时的实部与虚部每获取一帧数据时分别对样品上每一点位置的曲线进行处理，计算曲线实际频率ω0的实部与虚部；数据获取完毕，得到样品上每一点位置的实部与虚部，根据余弦函数的傅立叶级数关系，时域延时量与角频率的乘积等于频域相延，而且正弦曲线初相位与最小值总相差π，所测器件在(x,y)位置的相位其中:通过控制中心的计算，完成单个视场内部的所有像素位置的移相信息。本专利技术的另一目的在于提供一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统，其特征在于，该基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统包括：激光器、显微物镜、1/4波片、检偏器、步进电机、电荷耦合元件、计算机控制中心；用于发出线偏振激光的激光器连接待测样品，待测样品连接用于放大激光的显微物镜，显微物镜连接用于获取数据的1/4波片，1/4波片连接检偏器与步进电机，检偏器与步进电机连接电荷耦合元件，检偏器与步进电机和电荷耦合元件连接计算机控制中心；激光器产生线偏振激光作为实验中未发生相位延迟的初始激光，显微物镜对样品进行高分辨率扫描，1/4波片将有相位差的寻常光与非寻常光转变为有一定偏振方向的偏振光，偏振方向改变角度大小等于1/2相位延迟量，步进电机带动检偏器精密步进获得该偏振光穿过检偏器在不同角度时的光强变化情况，电荷耦合元件对光强进行采集得到实验数据送到计算机控制中心进行数据处理。本专利技术提供的基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统及方法，对于待测样品上每一点的相位延迟量，运用四分之一波片法获取数据，在1/4波片法检测方法基础上，对数据处理进行了算法改进，从而提出了傅立叶四分之一波片法，通过离散傅立叶算法消除数据中噪声的干扰，准确获取了相位值，从而确定了样品的相位延迟量，通过对标准的1/4波片器件以及液晶相控阵样品进行检测，可知该方法检测相位延迟量的精度达到0.3度，而且该检测方法可以得到液晶相控阵样品中具体的间隔子分布情况和电机间距的影响。实现了对二维液晶移相器件进行高精度、高分辨率、快速、自动的检测，提高了检测相控阵相位分布的分辨率和精度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的控制中心进行数据处理的流程图；图3是本专利技术实施例提供的基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测系统结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的液晶相控阵样品的相位分布检测结果表1是本专利技术实施例提供的标准1/4波片器件的相位分布检测结果图中：1、激光器；2、待测样品；3、显微物镜；4、1/4波片；5、检偏器与步进电机；6、电荷耦合元件；7、计算机控制中心。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示，本专利技术实施例的基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法包括以下步骤：S101：将线偏振激光器、待测样品、显微物镜、1/4波片、中空步进电机旋转台的检偏器、电荷耦合元件架设在共轴光路中，并让激光依次通过各个器件的中心，同时将中空步进电机旋转台、电荷耦合元件通过数据线连接到计算机控制中心；S102：调整显微物镜和待测样品的距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法，其特征在于，该基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法包括：步骤一，将线偏振激光器、待测样品、1/4波片、显微物镜、中空步进电机旋转台的检偏器、电荷耦合元件架设在共轴光路中；步骤二，将线偏振激光的偏振方向、检偏器的方向相互垂直，其中检偏器检偏方向标定为系统角度的0度位置；步骤三，将1/4波片光轴方向调整在0度或90度，将待测样品的光轴的方向设置在45度或者135度，待测样品与线偏振激光器、1/4波片、检偏器构成了基本的1/4波片法，激光器发出的线偏振光穿过相控阵样品时分解为有一定相位差的寻常光和非寻常光，再经过1/4波片法时转化为一定偏振方向的偏振光，偏振方向的变化角度为相位延迟的1/2，再旋转检偏器再次消光对该线偏振光的偏振方向变化大小进行判定，从而得到相位延迟量；步骤四，调整显微物镜和待测样品的距离，通过电荷耦合元件的图像，调整成像最为清晰；步骤五，通过计算机控制中心控制步进旋转台带动检偏器旋转180度，检偏器每转动一度的同时，电荷耦合元件获取按照相同步进角度获取N帧灰度数据Ii(x,y)，其中i＝(1,2,3，，，N)为检偏器的旋转角度，(x,y)为样品上的点坐标，从而获取了待测样品上每一个点位置对应的N个灰度数据；步骤六，在通过电荷耦合元件获取每一帧数据Ii(x,y)的同时，计算机控制中心进行数据处理。...

【技术特征摘要】
1.一种基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法，其特征在于，该基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法包括：步骤一，将线偏振激光器、待测样品、显微物镜、1/4波片、中空步进电机旋转台的检偏器、电荷耦合元件架设在共轴光路中；步骤二，将线偏振激光的偏振方向、检偏器的方向相互垂直，其中检偏器检偏方向标定为系统角度的0度位置；步骤三，将1/4波片光轴方向调整在0度或90度，将待测样品的光轴的方向设置在45度或者135度，待测样品与线偏振激光器、1/4波片、检偏器构成了基本的1/4波片法，激光器发出的线偏振光穿过相控阵样品时分解为有一定相位差的寻常光和非寻常光，再经过1/4波片法时转化为一定偏振方向的偏振光，偏振方向的变化角度为相位延迟的1/2，再旋转检偏器再次消光对该线偏振光的偏振方向变化大小进行判定，从而得到相位延迟量；步骤四，调整显微物镜和待测样品的距离，通过电荷耦合元件的图像，调整成像最为清晰；步骤五，通过计算机控制中心控制步进旋转台带动检偏器旋转180度，检偏器每转动一度的同时，电荷耦合元件获取按照相同步进角度获取N帧灰度数据Ii(x,y)，其中i＝(1、2、3、、、N)为检偏器的旋转角度，(x,y)为样品上的点坐标，从而获取了待测样品上每一个点位置对应的N个灰度数据；步骤六，在通过电荷耦合元件获取每一帧数据Ii(x,y)的同时，计算机控制中心进行数据处理。2.如权利要求1所述的基于四分之一波片法的液晶光学移相分布检测方法，其特征在于，在步骤一中，让激光依次通过各个器件的中心，同时将中空步进电机旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪相如，索国国，黄子强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51