专利名称：旋光角测量装置和旋光角测量方法
技术领域：
本发明涉及旋光角测量装置，用于非接触方式测量旋光物质的浓度，例如，样品中溶化的糖，氨基酸，维生素，等等；本发明具体涉及高灵敏度测量旋光角装置，用于非侵入方式测量活体中的血糖浓度。
背景技术：
通常，为了确定旋光角，即，样品中偏振面旋转通过的角度，把线偏振光引入到样品中，传输通过该样品的光束经检偏振器输入到用于转换成电信号的光电二极光。根据如此得到的信号，确定旋光角。若检偏振器的传输轴相对于起偏振器传输轴的倾角表示为θ，和样品产生的旋光角表示为α，则光电二极光接收的光强I是由公式I＝T×I0cos(θ-α)2给出。此处，T代表考虑到由于样品，起偏振器和检偏振器中反射和吸收造成所有衰减的透射率，而I0表示入射光的强度。从以上的公式可以看出，在旋转检偏振器时，对于每个旋转角π(弧度)，得到一个最小值点。根据这个最小值点处检偏振器的角度，可以得到旋光角。为了提高精确度和灵敏度，一般利用偏振面振动的方法。
以下参照图5给予解释。从光源121射出的单色光进入起偏振器122，起偏振器122是由起偏振器驱动电路129驱动并以频率f和角幅度θ作振动，该光被转换成线偏振光，其偏振面是以旋转方式振动的。当这个光束被引入到样品125并传输通过检偏振器，从光电二极管124得到频率为f的信号。此处假设，由于样品125的旋光性使偏振面旋转α角度；然后，若起偏振器122和检偏振器123安排成互为直角，则得到反相的信号，取决于样品125的旋光性是右旋或左旋。从光电二极管124得到的信号被放大器电路126放大，并被滤波/整流电路127滤波和整流而得到该相位。然后，借助于检偏振器驱动电路128，并根据得到的相位沿正向或反向使检偏振器123旋转，使光传输量变成最小值，根据光平衡法确定检偏振器的角度。在平衡点得到二倍频2f的信号，但利用同步检测去除2f分量。在平衡点的检偏振器角度相当于样品产生的旋光角。作为旋转偏振面的方法，可以利用机械方式旋转起偏振器或利用法拉第旋转器。
然而，以上的方法要求是，在传输通过样品后，在一定程度上保留光的偏振态，所以，该方法仅能测量透明或近似透明的样品。该方法的缺点是，在诸如散射样品的情况下，样品改变偏振态是随机的，使S/N比率下降，因此不能测量旋光角。另一个缺点是，由于必须利用机械方式旋转起偏振器或利用法拉第旋转器使偏振面旋转，该装置变得很复杂，从而使成本和体积都增大。
发明内容
按照本发明，提供一种旋光角测量装置，包括相干光源；分束装置，把该光源的光束分割成两个光束，一个是物光束和另一个是参考光束；频率调制装置，用于在这两个光束之间引入微小的频差；四分之一波片，设置在物光束的光路上，在传输通过样品之后，把该样品产生的旋光角转换成互相垂直的线偏振光束之间相差；光束组合装置，用于组合物光束和参考光束；偏振光分束装置，按照偏振方向，把发生在物光束与参考光束之间的干涉光分割成两个相位干涉信号；和光电转换装置，用于把干涉信号转换成电信号。
分束装置和频率调制装置各自是由衍射光栅构成，衍射光栅的光栅常数大致等于光束的波长。
按照本发明，还提供一种旋光角测量装置，包括相干光源；四分之一波片，在传输通过样品之后，把该样品产生的旋光角转换成互相垂直的偏振分量之间相差；频率调制装置，用于频率调制两个偏振分量中的一个偏振分量；起偏振器，用于得到互相垂直的偏振分量之间干涉信号；和光电转换装置，用于把干涉信号转换成电信号。
按照本发明，还提供一种旋光角测量装置，包括相干光源；频率调制装置，用于频率调制包含在该光源的光束中并沿一个特定方向偏振的偏振分量；分束装置，用于把该光束分割成两个光束；四分之一波片，用于把这两个光束中的一个光束转换成右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，取决于该一个光束的偏振分量；四分之一波片，在传输通过样品之后，用于把该样品产生的旋光角转换成互相垂直的线偏振光束之间相差；第一起偏振器，用于得到互相垂直的线偏振光束之间干涉信号；第一光电转换单元，用于把干涉信号转换成电信号；第二起偏振器，用于得到两个光束中另一个光束的偏振分量之间干涉信号；和第二光电转换单元，用于把干涉信号转换成电信号。
频率调制装置利用液晶装置构成的相位调制装置。
本发明的装置还可以包括相位校正单元，用于加相位校正到两个光束中的一个光束，使这两个光束互相干涉以得到拍频信号，其相差正比于样品产生的旋光角，其中加反馈到相位校正量，为了使相位检测该拍频信号产生的输出变成最大或最小，并根据相位校正量检测旋光角。
本发明的装置还可以包括相位校正单元，用于加相位校正到两个光束中的一个光束，使这两个光束互相干涉以得到拍频信号，其相差正比于样品产生的旋光角，其中加反馈到相位校正量，为了使相位检测该拍频信号产生的输出变成最大或最小，并根据相位校正量检测旋光角。
相位校正单元可以由液晶装置构成。
按照本发明的旋光角测量方法，把相干光束分割成两个光束，一个是物光束和另一个是参考光束；在传输通过样品之后，物光束被四分之一波片转换成互相垂直的偏振分量，其相差正比于该样品产生的旋光角，并使物光束与参考光束发生干涉，参考光束相对于物光束有微小的频差；并基于该干涉引起的两个拍频信号之间产生的相差，测量该样品产生的旋光角。
此外，按照本发明的旋光角测量方法，把相干光束引入样品；在传输通过该样品之后，相干光束被四分之一波片转换成互相垂直的偏振分量，其相差正比于该样品产生的旋光角；在这两个偏振分量之间引入微小的频差；借助于起偏振器，使这两个偏振分量之间互相干涉；并基于该干涉引起的拍频信号相位，测量该样品产生的旋光角。
按照本发明，不仅在透明样品的情况下，而且在不保留偏振状态的散射样品情况下，通过提高S/N比率，可以测量旋光角。此外，通过旋转起偏振器或利用法拉第旋转器，就不需要旋转偏振面，可以简化该装置的结构，因此，可以实现体积减小和成本降低。
此外，由于干涉仪是一个完全共路干涉仪，就不需要高精度对准光轴，且稳定性也极高，因此，可以高灵敏度测量旋光角。
当液晶装置用作频率调制装置时，由于不需要利用反射镜的机械振动或声光调制器进行频率调制；因此，可以简化该装置的结构，从而实现体积减小和成本降低。
此外，加相位校正到液晶装置并把它反馈到液晶装置驱动信号，为了使相位检测信号变成最大或最小，可以抵消由于光源强度起伏或样品透射率变化产生的效应，因此，可以高精度检测样品产生的旋光角。
根据以下给出本发明的详细描述，本发明的其他特征和优点是显而易见的。
图1是按照本发明第一个实施例中旋光角测量装置的光学系统。
图2是按照本发明第二个实施例中旋光角测量装置的光学系统。
图3是按照本发明第三个实施例中旋光角测量装置的光学系统。
图4是按照本发明第四个实施例中旋光角测量装置的光学系统。
图5是按照现有技术的旋光角测量装置的例子。
具体实施例方式
本发明的旋光角测量方法利用这样的事实，旋光现象的发生是由于右旋圆偏振光与左旋圆偏振光之间折射率的差别。按照本发明的方法，使这两个圆偏振光束与两个不同的参考光束发生干涉，或使这两个圆偏振光束互相干涉，并把它转换成光强，检测这两个圆偏振光束折射率之差引起的相差。
首先，给出该方法的概要，其中使两个光束与两个不同的参考光束干涉，并把它转换成光强，可以检测这两个圆偏振光束的折射率之差引起的相差。
例如，若进入样品的线偏振光当作右旋与左旋圆偏振光束的叠加，则右旋和左旋圆偏振光束的电场分量分别表示为Ey＝Acos(ωt+δ0)Ex＝Acos(ωt+δ0-π/2)和Ey＝Acos(ωt+δ0)Ex＝Acos(ωt+δ0+π/2)当线偏振光(相对于Y轴的取向为45°)进入样品时，由于该样品的旋光性，±θ相差分别添加到右旋和左旋圆偏振光分量中，因此，这些分量分别表示为Ey＝Acos(ωt+δ0+θ)Ex＝Acos(ωt+δ0-π/2+θ)和Ey＝Acos(ωt+δ0-θ)Ex＝Acos(ωt+δ0+π/2-θ)当这些分量传输通过四分之一波片时，该四分之一波片快轴的取向与X轴一致，沿X轴的相位相对于Y轴超前π/2，因此，这些分量分别表示为Ey＝Acos(ωt+δ0+θ)Ex＝Acos(ωt+δ0+θ)和
Ey＝Acos(ωt+δ0-θ)Ex＝Acos(ωt+δ0-θ)因此，这些分量被转换成相对于X轴和Y轴分别为45°的互相垂直的线偏振光束。若利用偏振光分束器或分束器和起偏振器的组合，则这两个光束被分开，并使这两个光束与传播通过不同光程的频率调制参考光束发生干涉，形成的拍频信号为Acos(Δωt+δ0+θ)Acos(Δωt+δ0-θ)因此，得到由该样品旋光性的相位调制拍频信号。
此处，若拍频信号频率是已知的，则利用同步检测方法，可以高灵敏度检测拍频信号相位。即，拍频信号Acos(Δωt+δ0+θ)与相同频率的正弦信号sin(Δωt+δ0)相乘而得到A(sin(2Δωt+2δ0+θ)+sin(θ))/2若利用低通滤波器仅仅提取DC分量，则结果是Asin(θ)/2因此，可以确定相位θ。这意味着，与相同频率的信号相乘，把拍频信号频率Δω频率调制成DC和2Δω(二倍频)，以及意味着，利用低通滤波器提取DC分量，可以代替中心频率等于信号频率的带通滤波器。因此，这实现窄的带通滤波器，并可以提高S/N比率。按照这种方法，即使在测试样品是散射物体的情况，仍可以高灵敏度得到旋光角。
其次，给出该方法的概要，其中使两个圆偏振光束互相干涉，并把它转换成光强，可以检测相差。
例如，若假设在光传输通过样品时，由于该样品的旋光性，在两个圆偏振光束之间产生±45°相差，右旋和左旋圆偏振光分量分别表示为Ey＝Acos(ωt+δ0+θ)Ex＝Acos(ωt+δ0-π/2+θ)和
Ey＝Acos(ωt+δ0-θ)Ex＝Acos(ωt+δ0+π/2-θ)它们的叠加给出Ey＝2Acos(ωt+δ0)cos(θ)Ex＝2Acos(ωt+δ0)sin(θ)此处，Ey＝1/tan(θ)Ex，该结果是倾角为θ的线偏振光束。即，两个圆偏振光束之间的相差2θ导致旋光角为θ。因此，使右旋和左旋圆偏振光束互相干涉，并把它转换成光强，可以检测由于旋光性引起的相位θ。
此外，若给出两个相干光束之间微小的频差Δω(相对于几兆赫芝的几千赫芝)，这两个相干光束的电场分别为E1＝Acos((ω+Δω)t+δ0)E2＝Acos(ωt+δ1)则给出以下的干涉光强度II＝|E1+E2|2＝A2cos2((ω+Δω)t+δ0)+A2cos2(ωt+δ1)+2A2cos((ω+Δω)t+δ0)cos(ωt+δ1)由于光电转换器不能响应于光频，所以光强为I＝I0+A2cos(Δωt+δ)它是DC分量与拍频信号之和。
一种略微移位光频的方法是利用声光调制器(AOM)，在这种情况下，利用加到AOM上的超声频率，可以确定被移位的频率。例如，若利用100MHz和101MHz分别频率调制两个光束，则得到1MHz的拍频信号，从而可以进行电信号处理。
两个光束作频率调制的原因是为了抵消光源的频率变化，但应当知道，若两个光束中仅仅一个光束作频率调制，则也可以得到拍频信号。
若使两个相干光束的光束直径大致等于光电转换器的光接收面积尺寸，则被折射，衍射，或散射所偏转的光束在光电转换器上并不与参考光重叠，所以，这些偏转的光束不参与干涉。此外，入射到光电转换器上多个散射光束的波前和偏振面是随机的，因此不保留相干性；所以，这些光束也不参与干涉。其结果是，仅仅沿直线传播通过样品的光分量互相干涉，从而产生拍频信号。若利用滤波操作得到已知拍频的信号，则也可以测量散射物体产生的旋光角。
以下参照附图描述本发明的几个优选实施例。
图1表示按照第一个实施例的光学系统。从激光二极管11射出的光束被透镜12准直成平行光束，该平行光束被起偏振器13A转换成沿垂直方向振动的线偏振光。然后，该线偏振光被半涂银镜14A分割成两个光束。传输通过的线偏振光进入测试样品15，其中由于该样品的旋光性，在右旋圆偏振光与左旋圆偏振光之间产生±θ相差。接着，传输通过其快轴与水平轴或垂直轴一致的四分之一波片16A，右旋和左旋圆偏振光束被转换成互相垂直的线偏振光束，每个线偏振光束相对于垂直轴的取向为45°。
另一方面，被半涂银镜14A反射的光束被另一个半涂银镜14B反射到反射镜17A。反射镜17A支承在电致伸缩单元18上，例如，PZT；通过加周期信号到电致伸缩单元，沿光轴方向产生周期性振动。例如，假设幅度为波长n倍(n＝1，2，3，…)的锯齿波信号加到电致伸缩单元，使反射镜17A以速度v运动；于是，得到Δf/f＝v/(c+v)的频率调制，而且，这两个光束之间的干涉产生拍频信号。
关于频率调制方法，也可以利用其他的技术，例如，利用声光调制器(AOM)的频率调制或通过控制激光二极管驱动电流的频率调制。
频率调制光束传输通过四分之一波片16B，其光轴的取向与四分之一波片16A光轴的取向相同。然后，光束被半涂银镜14C组合，借助于起偏振器13B和13C，二者的传输轴相对于垂直轴的取向为45°且互为直角，使传输通过样品的光束与沿相同方向偏振的参考光束分量发生干涉。因此，得到二相正弦信号，其相差正比于该样品产生的旋光角，这些信号被光电二极管19A和19B转换成电信号。
例如，考虑浓度为10g/dl的糖溶液作为测试样品；此处，若糖的旋光率为66.5°和光程长为10mm，则光传输通过该样品的旋光角α按照以下的公式为α＝0.665°。
α＝1[dm]×C[g/dl]×66.5/100(l光程长，C浓度)＝0.1×10×66.5/100＝0.665因此，这两个相位信号之间的相差为θ＝2α＝2×0.665×π/180＝0.023[弧度]。
原则上，利用上述同步检测技术，把从光电二极管19A和19B得到的两个相位信号进行相乘，并低通滤波相乘结果以提取DC分量，可以得到相差。此外，利用数字信号处理技术，例如，A/D转换这两个相位信号并利用数字方式乘以高精度正弦波，可以获得更精确的相位测量结果，从而可以高精度得到旋光物质的浓度。
图2表示按照第二个实施例的光学系统。从激光二极管11射出的光束被透镜12准直成平行光束，该平行光束被起偏振器13A转换成沿垂直方向振动的线偏振光。然后，该线偏振光被衍射光栅21分割成两个光束，即，衍射光和沿直线传输通过的光。衍射光栅21支承在电致伸缩单元18上，例如，PZT；通过加周期性信号到电致伸缩单元，产生垂直于衍射光栅方向的周期性振动。
沿直线传输通过衍射光栅21的光进入测试样品15，其中由于该样品的旋光性，在右旋偏振光与左旋偏振光之间产生±θ相差。接着，传输通过四分之一波片16A，该四分之一波片的快轴与水平轴或垂直轴一致，右旋和左旋偏振光束被转换成互相垂直的线偏振光束，每个线偏振光束相对于垂直轴的取向为45°。
另一方面，与衍射光栅21位置有关的相位项2πx/D(x衍射光栅的位移，D衍射光栅的光栅常数)叠加到衍射光栅21衍射的第一级衍射光上；此处，叠加有正号或负号的相位项，它与衍射方向有关。因此，两个衍射光束分别表示成E1＝Acos(ωt+2πx/D)E2＝Acos(ωt-2πx/D)此处，+1级衍射光E1＝Acos(ωt+2π/D)的瞬时角频率ω1是以下的公式给出ω1＝d/dt(ωt+2πx/D∫v(t)dt)＝ω+2πv(t)/D(v(t)衍射光栅的运动速度)因此，可以完成与衍射光栅速度成正比的频率调制，与0级光的角频率之差为2πv(t)/D。即，相位调制与频率调制之间没有重大的差别。若速度v是恒定值，则0级衍射光与1级衍射光的干涉光强度是按照正弦方式变化的，因此，可以得到恒定周期的拍频信号。
由于分束功能和频率调制功能都可以由衍射光栅21完成，而这两个功能在第一个实施例中是分别完成的，如上所述，可以简化光学系统的结构，因此，可以实现体积减小和成本降低。
被衍射光栅21作频率调制的光束传输通过四分之一波片16B，其光轴的取向与四分之一波片16A中光轴的取向相同；然后，光束被半涂银镜14组合，起偏振器13B和13C使相同的偏振分量互相干涉。所以，得到二相正弦信号，其相差正比于该样品产生的旋光角，因此，如同第一个实施例那样，可以确定旋光角。
图3表示按照第三个实施例的光学系统。从激光二极管11射出的光束被透镜12准直成平行光束，该平行光束被起偏振器13A转换成相对于垂直方向成45°倾斜方向振动的线偏振光。其次，沿水平方向或垂直方向的偏振分量被液晶装置31作相位调制。液晶装置31是平行排列型液晶装置，其中液晶分子的长轴是沿水平方向或垂直方向排列。当电压加到液晶装置31时，液晶分子直立，使分子长轴方向的折射率发生变化；因此可以实现相位调制。
如第二个实施例所示，相位调制与频率调制之间没有重大的差别。当液晶装置把相位调制仅仅加到两个偏振分量中任何一个分量时，如上所述，使互相垂直的偏振分量互相干涉，因此，可以得到拍频信号。
其次，半涂银镜14把该光分割成反射光和透射光，透射光进入其快轴相对于水平轴成45°倾斜的四分之一波片16C；此处，可以把沿水平方向和垂直方向振动的分量分别转换成反旋圆偏振光分量。接着，圆偏振光分量进入测试样品15，由于该样品的旋光性，在右旋圆偏振光与左旋圆偏振光之间引入±θ相差。然后，这些分量传输通过四分之一波片16D，其光轴与四分之一波片16C的光轴一致或与四分之一波片16C的光轴成直角，右旋和左旋圆偏振光分量被转换成互相垂直的偏振分量，每个偏振分量沿水平轴或垂直轴振动。
当这些分量传输通过起偏振器13B时，其传输轴的取向相对于水平轴或垂直轴为45°，可以得到互相垂直的偏振分量之间干涉信号。若其中一个分量作相位调制，则产生拍频信号，这个拍频信号被光电二极管19A转换成电信号。
此处，两个相干光束是单个光束中互相垂直的偏振分量。所以，若干涉仪是完全共路干涉仪，就不需要如在二光束干涉情况下高精度对准光轴，且干涉仪的稳定性也很高。
另一方面，半涂银镜14反射的光束进入与起偏振器13B相同方式取向的起偏振器13C；此处，同样得到互相垂直的偏振分量之间干涉信号。当其中一个分量作相位调制时，通过光电二极管19B的光电转换，得到拍频信号。
从光电二极管19B得到的拍频信号与样品的旋光性无关，根据从光电二极管19A和19B得到的信号相位差，可以确定该样品产生的旋光角。此外，由于抵消除了样品旋光性之外的效应，例如，光源强度的起伏或液晶装置响应的变化，因此，可以高灵敏度检测该样品产生的旋光角。
图4表示按照第四个实施例的光学系统。这个实施例的特征是，借助于液晶装置31B进行相位校正；除此以外，该光学系统与第三个实施例的光学系统是相同的。以下的描述是参照图4，其中液晶装置31B添加到第三个实施例的配置中，但应当认识到，若液晶装置31B的相位校正应用于第一个或第二个实施例，则可以获得类似的效果。
从激光二极管11射出的光束被透镜12准直成平行光束，该平行光束被起偏振器13A转换成相对于垂直方向成45°倾斜方向振动的线偏振光。其次，沿水平方向或垂直方向的偏振分量被液晶装置31作相位调制。液晶装置31是平行排列型液晶装置，其中液晶分子的长轴是沿水平方向或垂直方向排列。当电压加到该液晶装置时，液晶分子直立，分子长轴方向的折射率发生变化；因此可以实现相位调制。
如第二个实施例所示，相位调制与频率调制之间没有重大的差别。如上所述，当液晶装置把相位调制仅仅加到两个偏振分量中任何一个分量时，使互相垂直的偏振分量互相干涉，可以得到拍频信号。
半涂银镜14把该光分割成反射光和透射光，透射光进入其慢轴相对于水平轴成45°倾斜的四分之一波片16C；此处，可以把沿水平方向和垂直方向振动的分量分别转换成反旋圆偏振光分量。其次，这些光分量进入测试样品15，由于该样品的旋光性，在右旋圆偏振光与左旋圆偏振光之间产生±θ相差。接着，这些分量传输通过四分之一波片16D，其光轴与四分之一波片16C的光轴一致或其光轴取向相对于四分之一波片16C的光轴成直角，右旋和左旋圆偏振光分量被转换成互相垂直的偏振分量，每个偏振分量沿水平轴或垂直轴振动。
当这些分量传输通过起偏振器13B时，其传输轴的取向相对于水平轴或垂直轴成45°，可以得到互相垂直的偏振分量之间干涉信号。若其中一个分量作相位调制，则从光电二极管19A得到拍频信号41A。
光束在液晶装置31B中经受相位校正。在液晶装置31B中，液晶分子的长轴沿水平方向或垂直方向排列；所以，通过改变液晶驱动信号而调整相位校正量，可以根据需要设定拍频信号41A的相位。
另一方面，半涂银镜14反射的光束进入与起偏振器13B相同方式取向的起偏振器13C；此处，同样得到互相垂直的偏振分量之间干涉信号。当其中一个分量作相位调制时，从光电二极管19B得到拍频信号41B。
此处，拍频信号41A和41B分别表示为
EA＝Acos(Δωt+2θ+φ+δ0)EB＝Acos(Δωt+δ0)(其中Δω拍频信号角频率，θ旋光角(弧度)，φ液晶装置31B所加的相位校正量，δ0初始相位)两个拍频信号在放大器/相位检测器电路42中相乘，利用低通滤波器提取DC分量，可以得到相位检测信号Sp。
即，根据公式EA×EB＝A2cos(Δωt+2θ+φ+δ0)cos(Δωt+δ0)＝A2/2{cos(2Δωt+2θ+φ+2δ0)+cos(2θ+φ)}得到Sp＝A2/2·cos(2θ+φ)，即，相位检测信号Sp是液晶装置31B提供的旋光角θ和相位项φ的正弦波。
此处，液晶驱动电压是受数字信号处理电路43的控制，为的是保持Sp为恒定值Sp1，而液晶装置31B是经液晶驱动电路44受闭环的控制。
或者，可以把放大器/相位检测器电路42配置成仅完成信号放大，而通过数字信号处理电路43中的数字处理，使它与产生的信号同步以驱动液晶装置31A，可以得到相位检测信号Sp。
液晶装置31A的驱动电压随样品15产生的旋光角而变化，因此，可以检测旋光角。
加反馈到液晶驱动信号，使Sp1值变成最大或最小，可以抵消因光源强度起伏或样品透射率变化产生的效应，因此，可以高精度检测该样品产生的旋光角。
权利要求
1.一种旋光角测量装置，包括相干光源；分束装置，用于把所述光源的光束分割成两个光束，一个是物光束和另一个是参考光束；频率调制装置，用于在所述两个光束之间引入微小的频差；四分之一波片，设置在所述物光束的光路上，在传输通过样品之后，把所述样品产生的旋光角转换成互相垂直的线偏振光束之间相差；光束组合装置，用于组合所述物光束和所述参考光束；偏振光分束装置，按照偏振方向，把发生在所述物光束与所述参考光束之间的干涉光分割成两个相位干涉信号；和光电转换装置，用于把所述干涉信号转换成电信号。
2.按照权利要求1的旋光角测量装置，其中所述分束装置和所述频率调制装置各自是由衍射光栅构成，衍射光栅的光栅常数大致等于所述光束的波长。
3.一种旋光角测量装置，包括相干光源；四分之一波片，在传输通过样品之后，用于把所述样品产生的旋光角转换成互相垂直的偏振分量之间相差；频率调制装置，用于频率调制所述偏振分量中的一个偏振分量；起偏振器，用于得到所述互相垂直的偏振分量之间干涉信号；和光电转换装置，用于把所述干涉信号转换成电信号。
4.一种旋光角测量装置，包括相干光源；频率调制装置，用于频率调制包含在所述光源的光束中并沿一个特定方向偏振的偏振分量；分束装置，用于把所述光束分割成两个光束；四分之一波片，用于把所述两个光束中的一个光束转换成右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，取决于所述一个光束的偏振分量；四分之一波片，在传输通过样品之后，用于把所述样品产生的旋光角转换成互相垂直的线偏振光束之间相差；第一起偏振器，用于得到所述互相垂直的线偏振光束之间干涉信号；第一光电转换单元，用于把所述干涉信号转换成电信号；第二起偏振器，用于得到所述两个光束中另一个光束的偏振分量之间干涉信号；和第二光电转换单元，用于把所述干涉信号转换成电信号。
5.按照权利要求1，3或4的旋光角测量装置，其中所述频率调制装置利用液晶装置构成的相位调制装置。
6.按照权利要求1或2的旋光角测量装置，还包括相位校正单元，用于加相位校正到所述两个光束中的一个光束，使这两个光束互相干涉以得到拍频信号，其相差正比于所述样品产生的旋光角，其中加反馈到相位校正量，为了使相位检测所述拍频信号产生的输出变成最大或最小，并根据所述相位校正量检测旋光角。
7.按照权利要求3或4的旋光角测量装置，还包括相位校正单元，用于加相位校正到所述偏振分量中的一个偏振分量，使这两个偏振分量互相干涉以得到拍频信号，其相差正比于所述样品产生的旋光角，其中加反馈到相位校正量，为了使相位检测所述拍频信号产生的输出变成最大或最小，并根据所述相位校正量检测旋光角。
8.按照权利要求6或7的旋光角测量装置，其中所述相位校正单元是液晶装置。
9.一种旋光角测量方法，其中把相干光束分割成两个光束，一个是物光束和另一个是参考光束；在传输通过样品之后，所述物光束被四分之一波片转换成互相垂直的偏振分量，其相差正比于所述样品产生的旋光角，并使所述物光束与所述参考光束发生干涉，所述参考光束相对于所述物光束有微小的频差；和基于所述干涉导致的两个拍频信号之间产生的相差，测量所述样品产生的旋光角。
10.一种旋光角测量方法，其中把相干光束引入样品；在传输通过所述样品之后，所述光束被四分之一波片转换成互相垂直的偏振分量，其相差正比于所述样品产生的旋光角；在所述偏振分量之间引入微小的频差；借助于起偏振器，使所述偏振分量之间互相干涉；和基于所述干涉导致的拍频信号相位，测量所述样品产生的旋光角。
全文摘要
一种旋光角测量的装置和方法，用于非接触方式测量样品中旋光性物质(例如，糖化物，氨基酸，维生素)的浓度。把相干光通量分割成两个光通量，物光束和参考光束，借助于四分之一波片，把传输通过样品的物光束转换成正交的偏振分量，其相差正比于样品的旋光角，根据物光束与参考光束之间干涉得到的拍频信号之间相差，确定该样品的旋光角。或者，借助于四分之一波片，把入射并传输通过样品的相干光通量转换成正交的偏振分量，其相差正比于样品的旋光角，借助于起偏振器使正交的偏振分量互相干涉，并利用如此得到的拍频信号相位，测量该样品的旋光角。
文档编号G02B5/18GK1498342SQ0280706
公开日2004年5月19日 申请日期2002年2月21日 优先权日2001年3月22日
发明者松本健志 申请人:西铁城时计株式会社