本发明属于光学测试，涉及光学材料双折射的光学测量，尤其涉及一种应力双折射相位差测量装置及方法。
背景技术：
1、应力的存在会破坏材料折射率的各向同性，使两个相互垂直的主应力方向的折射率不再相同，这就是应力双折射现象，两个主应力方向也就是样品的快慢轴方向。应力双折射是光学材料的一种缺陷，应力双折射数值和快慢轴方向的准确测量具有重要意义。
2、目前常用的测量方法有暗场/亮场法、圆偏振光法。暗场/亮场法即起偏器和检偏器的偏振方向保持垂直或平行，并同步旋转，通过采集一系列透过检偏器的光强，计算出被测样品的双折射相位差，该方法可以测量出0～π范围内的双折射相位差绝对值，最佳的双折射相位差绝对值测量范围为π/6～5π/6，无法判断相位差的符号。该方法通常需旋转偏振器件，操作复杂，测量时间较长，旋转角度的精度会引入误差。
3、在暗场/亮场法的基础上，在起偏器和被测样品之间加入一个四分之一波片，四分之一波片的快慢轴与起偏器偏振方向成45°，使入射至被测样品的测量光束变为圆偏振光，这样的方法被称为圆偏振光法，该方法的双折射相位差的测量范围为-π/2～π/2，但高精度测量范围为-π/3～π/3(也可根据测量精度需求适当扩大或缩小该范围)，无法在-π～π范围内求得唯一的相位差，存在“双值”问题，即无法判断样品的相位差在0～π/2之间，还是在π/2～π之间，同样也无法判断样品的相位差在-π～-π/2之间，还是在-π/2～0之间，但相位差在0～π/2和π/2～π时的符号(正负号)相同，相位差在-π～-π/2和-π/2～0时的符号也相同，所以该方法在-π～π内可以准确判断出样品的相位差符号。该方法无需旋转机构就能够测出应力双折射相位差的数值，但只测量一个偏振方向的情况下无法获得被测样品快慢轴的方向。
4、因此，现有技术还有待改进和发展。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种应力双折射相位差测量装置及方法，可以拓宽测量范围，并且在整个测量范围内都可以实现高精度测量，测量过程快速、简便。
2、为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种应力双折射相位差测量装置，所述装置包括光源、圆偏振片、被测样品、1/4波片、镜头、偏振相机和控制单元；
3、所述光源发出的测量光束经过所述圆偏振片变为圆偏振光，圆偏振光入射至所述被测样品；
4、所述1/4波片能够移动地设置在所述被测样品与所述镜头之间，通过所述1/4波片移入所述被测样品与所述镜头之间或从所述被测样品与所述镜头之间移出，能够使所述装置工作在多通道模式或圆偏光模式，在所述多通道模式下，经过被测样品的测量光束经过所述1/4波片和所述镜头入射到所述偏振相机，并且所述1/4波片的快轴与所述偏振相机的45°偏振方向的像元平行，在所述圆偏光模式下，经过被测样品的测量光束经过所述镜头入射到所述偏振相机；
5、所述镜头用于将测量光束汇聚到所述偏振相机的像面，所述偏振相机能够采集0°、45°、90°、135°四个偏振方向的光强；
6、所述控制单元用于控制所述1/4波片移入所述被测样品与所述镜头之间或从所述被测样品与所述镜头之间移出，从而使所述装置工作在多通道模式或圆偏光模式；根据多通道模式下所述偏振相机采集的光强，计算出0～π的第一双折射相位差的绝对值以及第一快慢轴方向作为多通道模式的测量结果；根据圆偏光模式下所述偏振相机采集的光强，计算出第二双折射相位差以及第二快慢轴方向作为多通道模式的测量结果，并判断出第二双折射相位差在-π～π内的符号作为被测样品的双折射相位差的符号；被测样品的双折射相位差在π/3～2π/3、-π/3～-2π/3的情况下，选择多通道模式的测量结果，被测样品的双折射相位差在2π/3～π、-π/3～π/3、-2π/3～-π的情况下，选择圆偏光模式的测量结果。
7、优选地，所述控制单元如下计算所述第一双折射相位差以及第一快慢轴方向：
8、
9、
10、其中，为第一双折射相位差，β1为第一快慢轴方向与垂直方向的夹角，i0、i45、i90、i135分别是0°、45°、90°、135°四个偏振方向的光强。
11、优选地，所述控制单元如下计算所述第二双折射相位差以及第二快慢轴方向：
12、
13、
14、其中，为第二双折射相位差，β2为第二快慢轴方向与垂直方向的夹角，为四个偏振方向的光强平均值，
15、优选地，第二双折射相位差的符号根据四个偏振方向的光强中的任意一个与光强平均值之差的符号、以及第二快慢轴方向与垂直方向的夹角的符号来判断。
16、本发明的另一个方面提供一种应力双折射相位差测量方法，利用上述的装置进行双折射相位差测量，所述方法包括：
17、所述控制单元使所述装置工作在多通道模式，所述偏振相机同时采集0°、45°、90°、135°四个偏振方向的光强，所述控制单元根据采集的光强，计算出0～π的第一双折射相位差的绝对值以及第一快慢轴方向作为多通道模式的测量结果；
18、所述控制单元使所述装置工作在圆偏光模式，所述偏振相机同时采集0°、45°、90°、135°四个偏振方向的光强，所述控制单元根据采集的光强，计算出第二双折射相位差以及第二快慢轴方向作为多通道模式的测量结果，并判断出第二双折射相位差在-π～π内的符号作为被测样品的双折射相位差的符号；
19、被测样品的双折射相位差在π/3～2π/3、-π/3～-2π/3的情况下，选择多通道模式的测量结果，被测样品的双折射相位差在2π/3～π、-π/3～π/3、-2π/3～-π的情况下，选择圆偏光模式的测量结果。
20、本发明的又一个方面提供一种应力双折射相位差测量装置，所述装置包括光源、圆偏振片、被测样品、1/4波片、镜头、偏振相机和控制单元；
21、所述光源设置有两个，所述偏振相机设置有多通道模式成像区域和圆偏光模式成像区域，两个所述光源发出的测量光束经过所述圆偏振片变为两束圆偏振光，其中一束圆偏振光经过所述镜头和所述1/4波片入射到所述偏振相机的多通道模式成像区域，另一束圆偏振光经过所述镜头入射到所述偏振相机的圆偏光模式成像区域；
22、所述1/4波片的快轴与所述偏振相机的45°偏振方向的像元平行，所述镜头用于将测量光束汇聚到所述偏振相机的像面，所述偏振相机能够采集0°、45°、90°、135°四个偏振方向的光强；
23、所述控制单元用于控制所述被测样品移动，从而使整个被测样品的光强分别被所述偏振相机的多通道模式成像区域和圆偏光模式成像区域采集；根据所述多通道模式成像区域采集的光强，计算出0～π的第一双折射相位差的绝对值以及第一快慢轴方向作为多通道模式的测量结果；根据所述圆偏光模式成像区域采集的光强，计算出第二双折射相位差以及第二快慢轴方向作为多通道模式的测量结果，并判断出第二双折射相位差在-π～π内的符号作为被测样品的双折射相位差的符号；被测样品的双折射相位差在π/3～2π/3、-π/3～-2π/3的情况下，选择多通道模式的测量结果，被测样品的双折射相位差在2π/3～π、-π/3～π/3、-2π/3～-π的情况下，选择圆偏光模式的测量结果。
24、本发明的又一个方面提供一种应力双折射相位差测量方法，利用上述的装置进行应力双折射相位差测量，所述方法包括：
25、所述控制单元使多通道模式成像区域和圆偏光模式成像区域同时采集0°、45°、90°、135°四个偏振方向的光强，完成单次测量；
26、移动被测样品，被测样品每移动一段距离，重复一次单次测量操作，分别得到多通道模式和圆偏光模式的多帧图像，将多帧图像拼接，获得整个被测样品的多通道模式和圆偏光模式下的光强；
27、所述控制单元根据多通道模式下的光强，计算出0～π的第一双折射相位差的绝对值以及第一快慢轴方向作为多通道模式的测量结果，根据圆偏光模式下的光强，计算出第二双折射相位差以及第二快慢轴方向作为多通道模式的测量结果，并判断出第二双折射相位差在-π～π内的符号作为被测样品的双折射相位差的符号；
28、被测样品的双折射相位差在π/3～2π/3、-π/3～-2π/3的情况下，选择多通道模式的测量结果，被测样品的双折射相位差在2π/3～π、-π/3～π/3、-2π/3～-π的情况下，选择圆偏光模式的测量结果。
29、根据本发明上述方面的应力双折射相位差测量装置及方法，采用圆偏振光入射，分别采集未通过1/4波片与通过1/4波片的四个偏振方向的光强，使装置在多通道模式与圆偏光模式之间切换，可以将测量范围拓宽至-π～π，并且在整个测量范围内都可以实现高精度测量，测量过程快速、简便，无需旋转机构就能够同时获得应力双折射数值和快慢轴方向。
1.一种应力双折射相位差测量装置，其特征在于，所述装置包括光源、圆偏振片、被测样品、1/4波片、镜头、偏振相机和控制单元；
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元如下计算所述第一双折射相位差以及第一快慢轴方向：
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制单元如下计算所述第二双折射相位差以及第二快慢轴方向：
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，第二双折射相位差的符号根据四个偏振方向的光强中的任意一个与光强平均值之差的符号、以及第二快慢轴方向与垂直方向的夹角的符号来判断。
5.一种应力双折射相位差测量方法，其特征在于，利用权利要求1-4中任一项所述的装置进行双折射相位差测量，所述方法包括：
6.一种应力双折射相位差测量装置，其特征在于，所述装置包括光源、圆偏振片、被测样品、1/4波片、镜头、偏振相机和控制单元；
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元如下计算所述第一双折射相位差以及第一快慢轴方向：
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制单元如下计算所述第二双折射相位差以及第二快慢轴方向：
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，第二双折射相位差的符号根据四个偏振方向的光强中的任意一个与光强平均值之差的符号、以及第二快慢轴方向与垂直方向的夹角的符号来判断。
10.一种应力双折射相位差测量方法，其特征在于，利用权利要求6-9中任一项所述的装置进行应力双折射相位差测量，所述方法包括：
