偏光應(yīng)力儀適用范圍
適合于檢測(cè)燈等有復(fù)雜構(gòu)造的產(chǎn)品。
檢測(cè)高密度的塑料產(chǎn)品，如隱形眼鏡等。
檢測(cè)光學(xué)晶體，如氟化鈣（螢石）等。
偏光應(yīng)力儀大量應(yīng)用于玻璃、塑料等透明材質(zhì)的內(nèi)部應(yīng)力檢測(cè)。長(zhǎng)期以來(lái)該儀器的校準(zhǔn)一直難以實(shí)施，本文介紹了基于光強(qiáng)法的光學(xué)相位延遲的量值復(fù)現(xiàn)原理及相應(yīng)的測(cè)量裝置，闡述了光學(xué)相位延遲量值的傳遞過(guò)程和相關(guān)問(wèn)題。
玻璃等透明材料存在的內(nèi)部應(yīng)力是這些材料的極為重要的物理指標(biāo)。該應(yīng)力的存在不僅導(dǎo)致材料表面會(huì)隨時(shí)間而慢慢變形，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量，而且應(yīng)力分布不均勻嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起自爆。近期發(fā)生的玻璃幕墻自爆事件，以及啤酒瓶的安全事件就是其典型事例。因此，對(duì)該類(lèi)材料內(nèi)部應(yīng)力的準(zhǔn)確測(cè)量顯得尤為重要。
目前，市面上用于測(cè)量透明材料內(nèi)部應(yīng)力的儀器主要為偏光應(yīng)力儀(又稱(chēng)偏光儀)。其測(cè)量原理基于應(yīng)力雙折射檢測(cè)，即：玻璃是各向同性體，各方向的折射率相同。如果玻璃中存在應(yīng)力，各向同性的性質(zhì)會(huì)受到破壞，引起折射率的變化，兩個(gè)主應(yīng)力方向的折射率不再相同，會(huì)出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。雙折射導(dǎo)致材料產(chǎn)生光學(xué)相位延遲，其相位延遲值與應(yīng)力值的關(guān)系由下式確定：
δ=CΔσ
式中：δ為相位延遲；Δσ為x及y方向的應(yīng)力差；C為應(yīng)力光學(xué)常數(shù)，它是物性常數(shù)，僅與玻璃品種有關(guān)。只要能測(cè)量出相位延遲值，就可以知道材料的內(nèi)部應(yīng)力。并且，絕大多數(shù)偏光應(yīng)力儀給出的量值就是相位延遲值。
雖然該項(xiàng)測(cè)試與人們的安全息息相關(guān)，但由于相關(guān)的校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范及檢定規(guī)程至今尚未建立，相關(guān)的量傳體系也沒(méi)有完善，因此，偏光應(yīng)力儀的校準(zhǔn)一直存在問(wèn)題。
二、 相位延遲值校準(zhǔn)
1、相位延遲值的校準(zhǔn)
目前測(cè)量理論上，測(cè)量材料相位延遲值的方法很多，如光強(qiáng)法、相位延遲橢偏測(cè)量法、光譜掃描測(cè)量法、偏振調(diào)制法、光學(xué)差拍法、補(bǔ)償法、半陰法、光強(qiáng)法和諧振腔法等。
國(guó)際上真正用于計(jì)量校準(zhǔn)的方法為光強(qiáng)法，由美國(guó)NIST建立[8J，并提供對(duì)外服務(wù)。我們目前已經(jīng)初步建成了相位延遲校準(zhǔn)裝置，并開(kāi)始對(duì)外提供校準(zhǔn)服務(wù)。其裝置原理圖如圖1所示：
圖1中P，A為偏振片，S為待測(cè)樣品；E1，E2為編碼器驅(qū)動(dòng)器；Q1，Q2為驅(qū)動(dòng)器；A1，A2為高精度電流表。
延遲量校準(zhǔn)裝置包括：光源部分、測(cè)量光路、探測(cè)器部分、轉(zhuǎn)角控制機(jī)構(gòu)(分辨率為0．01o)、采樣控制機(jī)構(gòu)和各部分的供電電源，以及各種輔助性能檢測(cè)部分(光源穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu))等。
安裝在光學(xué)平臺(tái)上的多波長(zhǎng)激光器發(fā)出的激光作為光源同時(shí)兼為光路調(diào)整的基準(zhǔn)。利用它可以準(zhǔn)確定位各個(gè)器件在光路中的偏轉(zhuǎn)角度、反射鏡的方向、樣品定位的準(zhǔn)確性及其表面是否垂直于光路等。
該裝置相位延遲量測(cè)量擴(kuò)展不確定度為U=0.16。(k=2)?？紤]到大多數(shù)偏光應(yīng)力儀測(cè)量精度不足為1o , 能夠滿(mǎn)足需求。部分儀器用nm為單位表示，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
δ（nm）=δ(o)
2、 相位延遲的校準(zhǔn)
儀器的校準(zhǔn)一般依據(jù)已經(jīng)具有標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行校準(zhǔn)。目前市場(chǎng)上可用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)片大致有兩種：一是利用云母、石英和方解石等制成，其特點(diǎn)是成本高、精度高。另一種為在一定基材上，施加壓力使之產(chǎn)生相位差，成本低但精度差。從面的均勻性和年穩(wěn)定性角度說(shuō)，種類(lèi)材料的量值要遠(yuǎn)好于第二種材料；從應(yīng)用上講，類(lèi)材料制成的標(biāo)準(zhǔn)片基本可以滿(mǎn)足要求。
利用該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行偏光應(yīng)力儀校準(zhǔn)過(guò)程，請(qǐng)參看圖2。
