[發(fā)明專利]石英波片厚度的測(cè)量裝置和測(cè)量方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710041787.6
• 申請(qǐng)日: 2007-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN101067549A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽斌;林禮煌;張秉鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石英波片，特別是一種石英波片厚度的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。

背景技術(shù)

在光軸準(zhǔn)確定向的情況下，石英波片的厚度是決定其相位延遲量的關(guān)鍵參數(shù)。因此，實(shí)際應(yīng)用中厚度的選擇、生產(chǎn)過程中厚度的測(cè)量與控制都是十分重要的。光學(xué)波片的測(cè)量多數(shù)是通過相位延遲量的測(cè)量而實(shí)現(xiàn)的。通常的方法是以一特定波長(zhǎng)λ的平行光束作為光源，用光學(xué)系統(tǒng)來確定波片的光軸方向并測(cè)得波片對(duì)該特定波長(zhǎng)λ的相位延遲量。測(cè)量不同波長(zhǎng)范圍的波片，常常需要備用相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光源。

已有的石英波片厚度的測(cè)量必有兩步：一是檢測(cè)前需定出光學(xué)波片的光軸方向，再對(duì)其相位延遲量進(jìn)行測(cè)量(專利：《光學(xué)波片的檢測(cè)儀》(ZL?01?132359.0)和《光學(xué)波片的厚度測(cè)量?jī)x》(ZL01274450.6))，然而準(zhǔn)確地確定光軸并不容易。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種石英波片厚度的測(cè)量裝置和測(cè)量方法，該測(cè)量方法不需要預(yù)先確定石英波片光軸方向，只需要一種波長(zhǎng)的激光光源，就能以較高的測(cè)量精度和速度測(cè)出所處實(shí)際環(huán)境溫度下波片的物理厚度。并從這個(gè)厚度出發(fā)，可以給出任一波長(zhǎng)下，該波片可以產(chǎn)生的相位延遲量和與所設(shè)計(jì)要求相位延遲量之間的誤差，便于在加工時(shí)進(jìn)行修正。

本發(fā)明的基本原理如下：

當(dāng)垂直石英波片光軸且波長(zhǎng)為λ₀的光在石英波片中傳播時(shí)，因石英晶體的快、慢軸的折射率差會(huì)產(chǎn)生相位延遲δ，它與產(chǎn)生該相位延遲的波片厚度(稱為有效厚度)d₀之間存在如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：

δ＝d₀{2π[n_e(λ₀)-n_o(λ₀)]}/λ₀…………………(1)

式中：λ₀為測(cè)量波片時(shí)光的波長(zhǎng)，n_e(λ₀)，n₀(λ₀)分別為石英晶體快、慢軸對(duì)應(yīng)的折射率。由該關(guān)系式可求得波片對(duì)被測(cè)波長(zhǎng)λ₀起延遲δ作用的這一有效厚度d₀。

通常，把厚度不足于產(chǎn)生相位延遲量2π的波片稱為零級(jí)波片，由于零級(jí)波片厚度太薄，不易加工和不便使用。一般做法是在所需零級(jí)波片的厚度上疊加幾個(gè)至幾十個(gè)全波片厚度d_λ0，全波片對(duì)應(yīng)的厚度所產(chǎn)生相位延遲量為2π，做成較厚的實(shí)用波片，這種波片稱為多級(jí)波片。多級(jí)波片(設(shè)有N級(jí)全波片厚度)的真實(shí)厚度D與全波片厚度d_λ0及級(jí)數(shù)N、有效厚度d₀之間的關(guān)系為：

D＝N?d_λ0+d₀??(2)

從公式(1)、(2)，只要測(cè)出δ就得到d₀，再由N和d_λ0可算出D。

本發(fā)明的方法注意了色散與溫度、波長(zhǎng)有關(guān)，上面式(1)中石英晶體雙折射率差的色散與溫度、波長(zhǎng)的關(guān)系為：

n_e(λ)-n₀(λ)＝[8.86410+0.107057λ^-2+0.0019893λ^-4-0.17175λ²

-10^-3t(1+t/900)(1.01+0.2λ²)]10^-3……(3)

式中：波長(zhǎng)λ的單位為微米(μm)；溫度t是測(cè)量石英波片時(shí)波片的溫度(與環(huán)境溫度相同)，其單位為℃。

本發(fā)明石英波片厚度測(cè)量方法是：在測(cè)定波片在環(huán)境溫度t時(shí)，利用上述的色散關(guān)系式(3)，先算出一個(gè)全波片厚度d_λ0，接著確定被測(cè)波片粗略厚度(可用游標(biāo)卡尺測(cè)定)，求出該波片所含的整數(shù)全波片的級(jí)數(shù)N。然后將波片放進(jìn)測(cè)量裝置中，裝置器自動(dòng)測(cè)出波片對(duì)工作波長(zhǎng)λ₀的延遲δ、求出有效厚度d₀、算出實(shí)際的波片厚度D。

在每一次測(cè)量中，裝置能自動(dòng)使波片的光軸被置于與起偏器透射軸成45度、135度、225度、315度等四個(gè)特定角度，在這些角度上，相位延遲量δ相同，都可由下列關(guān)系得到。