[发明专利]一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法，包括双光路模块、正交偏光系统、厚度测量模块、补色器、位相检测模块及与其均直接相连的成像模块和光程差测算模块；双光路模块与正交偏光系统直接相连且位于正交偏光系统后部；厚度测量模块与正交偏光系统的载物台直接相连；补色器位于正交偏光系统中间镜筒中；成像模块位于正交偏光系统光路中上偏光镜之上。本发明以干涉补色原理为基础，借助“异名轴相交，干涉色降低”的干涉规律，通过补色器调整样品干涉色从而获得样品光程差，进而得到样品在不同波长下的双折射率，极大地提高了双折射率的测量精度和测试效率，有助于非线性光学晶体、双折射晶体等新型光学材料的快速筛选。

技术领域

本发明属于材料性能分析测试技术领域，具体而言，涉及一种光学材料双折射率的测试装置及测试方法。

背景技术

非线性光学晶体能够对现有光源进行频率转换以获得更多波段的激光输出，是全固态激光器的核心部件。而非线性光学晶体实现频率转换必须满足相位匹配条件：适中的双折射率。受制于此，大量已有的非线性光学晶体无法实现相位匹配输出。以双折射率测试分析为技术途径进行新材料探索，将有助于快速筛选满足相位匹配条件的新型非线性光学晶体。同时，双折射率作为各向异性光学晶体的重要特性之一，是偏光棱镜、光学相位延迟器等光学器件的重要设计基础。因此，晶体的双折射率测试尤为重要。常用的双折射率测试方法大都是基于晶体的主折射率测量计算得到双折射率，如：最小偏向角法、莫尔条纹法、迈克尔逊干涉法、棱镜耦合法等。这些方法对晶体的尺寸和加工精度要求较高，基于新材料探索阶段的微晶难以达到测试要求。此外，电光调制法和干涉补色法也都可以用于双折射率的测试。但电光调制法同样存在晶体尺寸和加工精度的要求，而干涉补色法对晶体尺寸的要求大为降低。所谓干涉补色法是指在正交偏光视场下，晶体的干涉色是由晶体的双折射率和厚度共同决定的，通过干涉补色确定其光程差，从而推算出双折射率。因为正交偏光下，下偏振光通过双折射晶体后分解为两束具有相同频率、相同偏光振动面、和恒定位相差的偏振光，满足发生干涉作用的三个条件，按照“异名轴重合，干涉色降低”的规律，采用补色器补出晶体的光程差。由于干涉补色法多在偏光显微镜下完成，要求的晶体厚度多为微米量级，极大地降低了晶体制备难度，近年来其在新型非线性光学晶体和双折射晶体探索方面发挥了巨大作用。然而，现有干涉补色测试方法大都是采用卤素灯作光源，得到的是白光下的双折射率，忽视了双折射率的频率色散特性。同时，补色观察完全是在肉眼分辨基础上完成的，缺乏足够的数据支持和科学严谨性。

发明内容

本发明旨在提供一种光学材料双折射率的测试装置和测试方法，以解决现有测试方法难以精确测量微小晶粒双折射率的问题，有利于新型非线性光学晶体和双折射晶体筛选效率的极大提高。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光学材料双折射率的测试装置，包括双光路模块、正交偏光系统、厚度测量模块、补色器、位相检测模块以及与位相检测模块均直接相连的成像模块和光程差测算模块；双光路模块与正交偏光系统直接相连且位于正交偏光系统后部；厚度测量模块与正交偏光系统的载物台直接相连；所述补色器位于正交偏光系统的中间镜筒中；成像模块位于正交偏光系统光路中上偏光镜之上。

根据本发明，双光路模块包括：参照光源，配置为提供光程差测试用的参照比对光源；以及检测光源，提供光程差测试的波长连续可调的单色光，配置为用于不同波长下双折射率的测试。优选地，所述参照光源为白光。

根据本发明，正交偏光系统包括用于样品光学性质观察的光学部分和辅助光学部分工作的必要机械部分，光学部分由下偏光镜、用于样品放置和方向调整的载物台、物镜、中间镜筒以及上偏光镜组成，所述上偏光镜配置为用于调制从样品出射的两束光波的偏振态。优选地，所述下偏光镜由偏光片制成，配置为用于调制光源的偏振态。

优选地，载物台为边缘有360°的刻度且能够水平旋转的圆形平台，所述载物台与固定的游标尺配合以直接读出载物台的旋转角度。优选地，所述载物台中央具有一个圆形通光孔，样品借助载玻片放于载物台的通光孔之上，并通过载物台的调节滑尺进行对中调整。