[發(fā)明專利]四分之一波片快軸方位實時測量裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810040614.7
• 申請日: 2008-07-16
• 公開（公告）號: CN101319958A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾愛軍;楊坤;郭小嫻;謝承科;黃惠杰;王向朝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01J4/00
• 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)明涉及偏振測量領(lǐng)域，特別是涉及一種四分之一波片快軸方位實時測量裝置和方法。

背景技術(shù)

四分之一波片是一種常用的偏振光學(xué)元件，在現(xiàn)代光學(xué)測量技術(shù)和偏振光應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。快軸方位是四分之一波片的重要光學(xué)參數(shù)之一，通常情況下四分之一波片的快軸方位并未標(biāo)明，在其使用過程中需要精確地測量四分之一波片的快軸方位并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。

在先技術(shù)[1](參見王偉，李國華，吳福全等.測量波片延遲量和快軸方位的新方法.中國激光，Vol.30，1121-1123，2003)描述了一種可以測量四分之一波片快軸方位的裝置，該裝置主要由光源、起偏器、檢偏器和光電探測器組成。在測量過程中，勻速轉(zhuǎn)動被測四分之一波片并對出射光強進(jìn)行連續(xù)測量，獲得出射光強隨時間變化的曲線，利用變化曲線中第一個最大值出現(xiàn)的時間與被測四分之一波片的轉(zhuǎn)動速度來計算出被測四分之一波片的快軸方位。由于需要連續(xù)轉(zhuǎn)動被測四分之一波片，該裝置無法實現(xiàn)快軸方位的實時測量，且需要能夠連續(xù)穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)四分之一波片的精密旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，同時光源的光強波動會改變出射光強隨時間變化的曲線，而引入較大的測量誤差。

在先技術(shù)[2](參見Zhengping?Wang，Qingbo?Li，Qiao?Tan，et?al..Method?ofmeasuring?practical?retardance?and?judging?the?fast?or?slow?axis?of?a?quarter-wave?plate.Measurement，Vol.39，729-735，2006)描述了一種測量四分之一波片快軸方位的裝置，該裝置主要由光源、起偏器、反射棱鏡、檢偏器和光功率計組成。在快軸方位測量過程中，首先采用其它測量方法如消光法找到被測四分之一波片的某一主軸，將該主軸作為選定軸并使其與起偏器的透光軸成45°角。接著轉(zhuǎn)動檢偏器使其透光軸與起偏器的透光軸平行、垂直，在兩種狀態(tài)下光功率計獲得兩個光強信號。然后將被測四分之一波片轉(zhuǎn)動90°，在檢偏器的透光軸與起偏器的透光軸平行、垂直的兩種狀態(tài)下再得到兩個光強信號。最后利用這四個光強信號計算出相位延遲量，通過判斷相位延遲量的正負(fù)來確定選定軸是快軸還是慢軸。由于需要多次轉(zhuǎn)動被測四分之一波片和檢偏器，該裝置無法實現(xiàn)快軸方位的實時測量，其測量精度受光強波動的影響而對光源穩(wěn)定性要求很高，需要精密的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)而使裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

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，提供一種四分之一波片快軸方位實時測量裝置和方法，該裝置和方法應(yīng)能實時測量四分之一波片的快軸方位，測量結(jié)果不受光源光強波動的影響，該測量裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定和操作方便的特點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種四分之一波片快軸方位實時測量裝置，其特點在于該裝置由準(zhǔn)直光源，起偏器、標(biāo)準(zhǔn)四分之一波片、衍射分束元件、聚焦透鏡、檢偏器陣列、光電探測器陣列、放大電路和信號處理系統(tǒng)組成，其位置關(guān)系是：沿所述的準(zhǔn)直光源的光束前進(jìn)方向上，依次是所述的起偏器、標(biāo)準(zhǔn)四分之一波片、衍射分束元件、聚焦透鏡、檢偏器陣列、光電探測器陣列，在所述的標(biāo)準(zhǔn)四分之一波片和所述的衍射分束元件之間設(shè)置待測四分之一波片的插口，所述的光電探測器陣列探測的信號經(jīng)所述的放大電路放大后輸入所述的信號處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

所述的起偏器為偏振片、偏振棱鏡或者偏振相位掩模。

所述的標(biāo)準(zhǔn)四分之一波片為晶體材料型四分之一波片、多元復(fù)合型四分之一波片、反射棱體型四分之一波片或雙折射薄膜型四分之一波片，其相位延遲量等于或者非常接近于90°，其快軸與所述的起偏器的透光軸所成的角度為45°或者135°。

所述的衍射分束元件為正交振幅光柵、正交相位光柵或者達(dá)曼光柵，利用衍射效應(yīng)將一束入射光形成多個出射子光束，且至少有三個以上子光束的強度相等。

所述的檢偏器陣列為多個檢偏器在一個平面內(nèi)形成的組合體，所述的檢偏器為偏振片或者偏振相位掩模。

所述的檢偏器陣列由四個結(jié)構(gòu)相同的第一檢偏器、第二檢偏器、第三檢偏器、第四檢偏器在同一個平面內(nèi)按四象限排列組合形成，所述的第一檢偏器、第二檢偏器、第三檢偏器、第四檢偏器的透光軸與所述的起偏器的透光軸所成的角度分別為0°、45°、90°和135°。

所述光電探測器陣列為多個光電探測器形成的組合體，或者多元光電探測器，所述的光電探測器為光電二極管、光電三極管、光電倍增管或光電池。