示出为什么双折射性分辨率比折射 率分辨率要更好。在两个偏振上和在样品中相同的位置上几乎同时地获取折射率数据允许 显著的共模信号抑制，在现有示例中，这归因于玻璃样品300本身的不均匀性。
[0112] 图9是与图8A相似的标绘图，并且示出在表面具有低折射率层的所测玻璃样品 300的折射率分布（标绘图的底部）和应力分布（标绘图的顶部）。此类玻璃样品300不 能使用棱镜一耦合技术来测量，因为在玻璃样品的表面区域内，低折射率表面层不能支持 任何波导模式。
[0113] 被测的玻璃样品300是经受过离子交换过程的高浓度含锂玻璃。对于大多数的扫 描，TE和TM折射率分布通常彼此交叠，但靠近表面在位置1650 μ m处是可辨的。标识了以 下区域1至6 :区域1是低折射率表面层；区域2是具有张力的区域；区域3是压缩的离子 交换区域；区域4是折射率匹配油，152-μπι盖片用作垫片以创造折射率匹配流体的迷你单 元；区域5是参考块320。
[0114] 系统100的长扫描能力，与测量的低偏振敏感度相结合，使得有可能在样品内几 _米的距尚上在两个维度上测量折射率、双折射性与应力分布。
[0115] 系统100的另外一个优点是，既然能够测量玻璃样品300的两侧，有可能使用仅一 次扫描就测量了两侧经不同表面处理的零件。每侧可与另一侧相对比而不需要翻转玻璃样 品300来做第二次测量。
[0116] 另外，如果玻璃样品300的一侧在表面上是不透明的、是散射的或具有异常高折 射率，仍可能获得折射率、双折射性与应力数据。可以远离参考块320放置欠完美的表面 (这样它就与空气接触）并且完整地扫描玻璃样品300。虽然不透明的、散射的或高折射率 层可能是不可被测量的，下层的基质是可测量的。因为应力通过力平衡贯穿零件传递，可通 过分析可测的其余的样品推断出玻璃样品300的不可测区域所给予的应力。
[0117] 系统100的高分辨率折射率、双折射性与应力测量能力能够在各种成分的和各种 制造过程的各种各样的玻璃上做新型的测量。本质上任何折射率分布的玻璃能被测量应 力，只要它们足够地透明。其他现有技术的测量技术要么不能测量，要么难以测量在表面具 有低折射率层的玻璃。相反，本文中公开的系统和方法容忍一些因晶粒和其他缺陷产生的 玻璃样品中的不均匀性。也能测量非常厚的样品。
[0118] l-sigma、标准偏差、折射率的分辨率在不例系统100中在100微米的距尚上被测 为Λη = 5x10_5RIU。在标准参考材料中，双折射性分辨率的Ι-sigma标准偏差对示例系统 100在100毫米的扫描距离上被测为Λη = 1. 4*10_5RIU,这比折射率分辨率要好3. 6倍并 且等同于对于标准的、离子交换的玻璃大约4. 6MPa的应力分辨率。
[0119] 双折射性分辨率要比折射率分辨率要好，因为在两个偏振上几乎同时地且在玻璃 样品300中相同的位置上获取折射率数据允许显著的、共模信号抑制。穿过许多类型的应 力加强玻璃样品300的整个厚度以I. 0到1. 5微米的空间分辨率实现长达2. 5毫米的扫描。
[0120] 仅通过向上缩放系统100的组件及玻璃样品300的尺寸，就能实现更长距离扫描。
[0121] 对于本领域的技术人员明显地可对本文所述公开的优选实施例进行修改而不脱 离所附权利要求书所限定的本发明的精神或范围。因此，本公开涵盖修改和变形，只要它们 落入所附权利要求与其等效物的范围之内。
【主权项】
1. 一种执行玻璃样品的分布特征的折射近场（RNF)测量的系统，所述玻璃样品被设置 与具有顶部表面的参考块邻近，所述系统包括： 产生偏振光的光源系统； 接收并在第一和第二正交偏振之间转换所述偏振光的所述偏振以形成经偏振转换光 束的偏振转换系统； 被安排来接收所述经偏振转换光束的一部分并形成偏振转换参考检测信号的参考检 测系统； 被配置为以进入所述玻璃样品的不同深度将所述经偏振转换光束扫描穿过所述玻璃 样品和所述参考块的光学系统； 信号检测系统，被安排为在相对于正入射的26度到45度的角范围内，接收透射穿过 所述玻璃样品和所述参考块的所述经偏振转换光束，并且作为响应形成经偏振转换检测信 号。 信号控制及处理系统，可操作地被配置为移动参考块和样品，并且接收和处理所述经 偏振转换参考与检测信号以确定所述玻璃样品的分布特征。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于： 所述参考检测系统包括可操作地被设置为紧邻参考光检测器的第一共焦孔径；以及 所述信号检测系统包括可操作地被设置为紧邻信号光检测器的第一共焦孔径。3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号检测系统具有位于距离所述参考 块的所述顶部表面80mm到200mm之间的轴距离的信号光检测器。4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号控制及处理系统包括： 计算机控制器； 双信道功率计，可操作地连接至所述计算机控制器、所述信号检测系统和所述参考检 测系统；以及 主触发控制器，可操作地连接至所述计算机控制器、所述双信道功率计和所述偏振转 换系统。5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学系统包括： 具有第一离轴孔径的第一孔径光阑； 物镜； 支撑所述参考块及玻璃样品的支撑平台； 定位台，可操作地连接至所述支撑平台并且可操作地在三个维度上移动所述支撑平 台；以及 具有可调节尺寸的第二离轴孔径的第二孔径光阑。6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一离轴孔径具有契形形状以及所述 第二离轴孔径具有弓形形状。7. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测光学系统包括信号光检测器、共焦 孔径、以及中继光学系统，其中，所述中继光学系统接收并准直透射穿过所述玻璃样品及参 考块的所述经偏振转换光束以及形成穿过所述共焦孔径以及入射在所述信号光检测器的 光敏表面上的聚焦经偏振转换光束。8. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏振转换系统包括与偏振转换控制器 可操作地连接的液晶可变延迟器。9. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏振转换系统以IOHz到50Hz之间的最 大转换率转换所述经偏振转换光束的所述偏振。10. -种测量设置与具有顶部表面的参考块邻近的玻璃样品的分布特征的方法，包 括： 以进入所述玻璃样品的不同深度将经偏振转换光束扫描穿过所述玻璃样品和所述参 考块以定义所透射的经偏振转换光束； 测量所述经偏振转换光束中的功率的量以形成偏振转换参考信号； 检测所述透射经偏振转换光束以形成经偏振转换检测信号； 用所述经偏振转换检测信号除以所述经偏振转换参考信号以定义归一化的经偏振转 换检测信号；以及 处理所述归一化的经偏振转换检测信号以确定所述玻璃样品的所述分布特征。11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述参考块具有顶部表面，并且其中，检 测所述透射经偏振转换光束包括在信号光检测器处接收所述透射经偏振转换光束，其中， 所述信号光检测器位于距离所述参考块的所述顶部80mm到200mm之间的轴距离处。12. 如权利要求10所述的方法，包括把所述透射经偏振转换光束聚焦在所述信号光检 测器上。13. 如权利要求11所述的方法，包括使所述透射经偏振转换光束穿过紧邻所述信号光 检测器的共焦孔径。14. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，测量所述经偏振转换光束中的功率的量 包括偏转及检测所述经偏振转换光束的一部分。15. 如权利要求10所述的方法，包括将待入射在信号光检测器上的所述透射的经偏振 转换光束进一步定向在不超过22. 5°的入射角上。16. 如权利要求10所述的方法，包括使所述透射的经偏振转换光束穿过所述参考块的 顶部上的防反射涂层，所述防反射涂层被配置为最小化所述透射经偏振转换光束的正交偏 振间反射率的差异。17. -种测量被设置与参考块邻近的玻璃样品的分布特征的方法，包括： 产生在正交偏振之间以IHz到50Hz之间的转换率转换的经偏振转换光束； 测量所述经偏振转换光束中功率的量以及产生偏振转换参考信号，其中每个所述正交 偏振的所述测量功率量在彼此的50%内； 以进入所述玻璃样品的不同深度透射所述经偏振转换光束穿过所述玻璃样品及参考 块； 用中继光学系统把所述透射的经偏振转换光束中继到信号光检测器，而所述信号光检 测器产生经偏振转换检测信号； 把所述检测信号除以所述参考信号以形成归一化的检测信号；以及 由所述归一化的检测信号确定所述玻璃样品的所述分布特性。18. 如权利要求17所述的方法，进一步包括： 在使所述经偏振转换光束穿过所述玻璃样品之前，使所述经偏振转换光束穿过第一孔 径光阑的第一离轴开口； 在所述透射经偏振转换光束的所述中继之前，使所述透射的经偏振转换光束穿过第二 孔径光阑的第二离轴开口。19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一开口具有契形形状以及所述第 二开口具有弓形形状和可调节方位角范围。20. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述透射的经偏振转换光束包括关于中 心光线22. 5°的角范围，并且其中，所述透射经偏振转换光束被入射在所述信号光检测器 上以使所述中心光线大体上正入射在所述信号光检测器上。
【专利摘要】公开了测量玻璃样品(300)的分布的系统和方法。该方法包括在进入该玻璃样品的不同深度上将经偏振转换光束(112PS)扫描穿过该玻璃样品和参考块(320)以定义所透射的经偏振转换光束。该方法还包括测量该经偏振转换光束中的功率量以形成经偏振转换参考信号(SR)，并且检测该所透射的经偏振转换光束以形成经偏振转换检测信号(SD)。该方法进一步包括用该经偏振转换检测信号除以该经偏振转换参考信号以定义归一化的经偏振转换检测信号(SN)。处理该归一化的经偏振转换检测信号确定该分布特征。
【IPC分类】G01N21/41, G01M11/00, G01L1/24, G01N21/23
【公开号】CN104919301
【申请号】CN201380067914
【发明人】N·H·方丹, V·M·施奈德
【申请人】康宁股份有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2013年10月24日
【公告号】US8854623, US20140118740, WO2014066579A1