偏光应力仪

适用范围

适合于检测灯等有复杂构造的产品。

检测高密度的塑料产品，如隐形眼镜等。

检测光学晶体，如氟化钙（萤石）等。

偏光应力仪大量应用于玻璃、塑料等透明材质的内部应力检测。*以来该仪器的校准一直难以实施，本文介绍了基于光强法的光学相位延迟的量值复现原理及相应的测量装置，阐述了光学相位延迟量值的传递过程和相关问题。
       玻璃等透明材料存在的内部应力是这些材料的极为重要的物理指标。该应力的存在不仅导致材料表面会随时间而慢慢变形，严重影响成像质量，而且应力分布不均匀严重时还会引起自爆。近期发生的玻璃幕墙自爆事件，以及啤酒瓶的安全事件就是其典型事例。因此，对该类材料内部应力的准确测量显得尤为重要。
      其测量原理基于应力双折射检测，即：玻璃是各向同性体，各方向的折射率相同。如果玻璃中存在应力，各向同性的性质会受到破坏，引起折射率的变化，两个主应力方向的折射率不再相同，会出现双折射现象。双折射导致材料产生光学相位延迟，其相位延迟值与应力值的关系由下式确定：

      δ=CΔσ

式中：δ为相位延迟；

Δσ为x及y方向的应力差；

C为应力光学常数，它是物性常数，仅与玻璃品种有关。

只要能测量出相位延迟值，就可以知道材料的内部应力。并且，绝大多数仪器给出的量值就是相位延迟值。

虽然该项测试与人们的安全息息相关，但由于相关的校准技术规范及检定规程至今尚未建立，相关的量传体系也没有完善，因此，偏光应力仪的校准一直存在问题。
 

二、 相位延迟值校准
1、相位延迟值的校准
目前测量理论上，测量材料相位延迟值的方法很多，如光强法、相位延迟椭偏测量法、光谱扫描测量法、偏振调制法、光学差拍法、补偿法、半阴法、光强法和谐振腔法等。
 
上真正用于计量校准的方法为光强法，由美国NIST建立[8J，并提供对外服务。我们目前已经初步建成了相位延迟校准装置，并开始对外提供校准服务。其装置原理图如图1所示：
 
图1中P，A为偏振片，S为待测样品；E1，E2为编码器驱动器；Q1，Q2为驱动器；A1，A2为高精度电流表。 
延迟量校准装置包括：光源部分、测量光路、探测器部分、转角控制机构(分辨率为0．01o)、采样控制机构和各部分的供电电源，以及各种辅助性能检测部分(光源稳定性监测机构)等。
安装在光学平台上的多波长激光器发出的激光作为光源同时兼为光路调整的基准。利用它可以准确定位各个器件在光路中的偏转角度、反射镜的方向、样品定位的准确性及其表面是否垂直于光路等。
 
该装置相位延迟量测量扩展不确定度为U=0.16。(k=2)。考虑到大多数仪器测量精度不足为1^o , 能够满足需求。部分仪器用nm为单位表示，其转换关系为：

 
δ（nm）=δ(^o)
 

2、 相位延迟的校准
仪器的校准一般依据已经具有标准值的标准片进行校准。目前市场上可用于校准的标准片大致有两种：一是利用云母、石英和方解石等制成，其特点是成本高、精度高。另一种为在一定基材上，施加压力使之产生相位差，成本低但精度差。从面的均匀性和年稳定性角度说，*种类材料的量值要远好于第二种材料；从应用上讲，*类材料制成的标准片基本可以满足要求。
 
利用该类标准片进行校准过程，请参看图2。