[發明專利]波片相位延遲量與快軸方位角的實時測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201210074732.6
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102636333A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 曾愛軍;朱玲琳;李凡月;袁喬;黃惠杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，特征在于其構成是：

沿準直激光器(1)輸出的光束前進方向上，依次是圓起偏器(2)、一維光柵(4)，入射激光束經該一維光柵(4)后形成正一級級子光束、零級子光束和負一級級子光束，在所述的零級子光束方向依次是標準四分之一波片(5)、第二渥拉斯頓棱鏡(6)、第二準直透鏡(7)、衰減器(8)和第二雙象限探測器(9)，沿所述的負一級子光束的前進方向依次是第一渥拉斯頓棱鏡(10)、第一準直透鏡(11)和第一雙象限探測器(12)，沿所述的正一級級子光束的前進方向，依次是第三渥拉斯頓棱鏡(13)、第三準直透鏡(14)和第三雙象限探測器(15)，所述的第一雙象限探測器(12)、第二雙象限探測器(9)和第三雙象限探測器(15)的輸出端接信號處理系統(16)，所述的標準四分之一波片(5)的快軸與水平方向成0°夾角；所述的第二渥拉斯頓棱鏡的兩個偏振軸都分別與水平方向成45°和135°夾角；在所述的圓起偏器(2)和一維光柵(4)之間設有待測波片插口。

2.根據權利要求1所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的圓起偏器(2)由一個線起偏器和一個四分之一波片組成，所述的四分之一波片的快軸與所述的線起偏器的透光軸所成的角度為45°或135°。

3.根據權利要求2所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的線起偏器為偏振片、偏振棱鏡或偏振相位掩膜。

4.根據權利要求1或2所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的標準四分之一波片和所述的四分之一波片為晶體材料型四分之一波片、多元復合型四分之一波片、反射棱體型四分之一波片或雙折射薄膜型四分之一波片。

5.根據權利要求1所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的第一雙象限探測器、第二雙象限探測器和第三雙象限探測器為具有雙象限的光電二極管、光電三極管、光電倍增管或者光電池。

6.根據權利要求1所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的衰減器為鍍反射薄膜的光學平板、有色玻璃平板或其它光吸收材料制作的平板。

7.根據權利要求1所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的第一渥拉斯頓棱鏡(10)的兩個偏振軸分別與水平方向成0°和90°夾角，所述的第三渥拉斯頓棱鏡(13)的兩個偏振軸都分別與水平方向成45°和135°夾角；或所述的第一渥拉斯頓棱鏡(10)的兩個偏振軸分別與水平方向成45°和135°夾角，所述的第三渥拉斯頓棱鏡(13)的兩個偏振軸都分別與水平方向成0°和90°夾角夾角。

8.根據權利要求1所述的波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，其特征在于所述的信號處理系統(16)由信號采集電路、信號放大電路和帶有數據處理與分析軟件的計算機所構成。

9.利用權利要求1所述的波片相位延遲量與快軸方位角的實時測量裝置測量波片的相位延遲量和快軸方位角的方法，其特征在于包括下列步驟：

①將待測的波片(3)插入所述的圓起偏器和所述的一維光柵之間的待測波片的插口中并調整光路；

②開啟所述的脈沖光強調制的準直激光器，所述的第一雙象限探測器、第二雙象限探測器和第三雙象限探測器分別探測經過所述的第一渥拉斯頓棱鏡、第二渥拉斯頓棱鏡和第三渥拉斯頓棱鏡檢偏的光束，得到六個包含待測波片相位延遲量和快軸方位角信息的光強信號I_a1、I_a2、I_b1、I_b2、I_c1和I_c2，并將該光強信號相應地轉變為電信號，然后將該電信號輸入所述的信號處理系統；

③當所述的第一渥拉斯頓棱鏡的兩個偏振軸分別與水平方向成0°和90°夾角，所述的第三渥拉斯頓棱鏡的兩個偏振軸分別與水平方向成45°和135°夾角時，所述的信號處理系統進行下列計算：

V1=K1Ia1-K1Ia2K1Ia1+K1Ia2=sin(δ)sin(2θ),]]>

V2=K2Ib1-K2Ib2K2Ib1+K2Ib2=cos(δ),]]>

V3=K3Ic1-K3Ic2K3Ic1+K3Ic2=sin(δ)cos(2θ).]]>

其中，K₁和K₃分別為所述的第一雙象限探測器和第三雙象限探測器所在的電路系數，K₂為所述的第二雙象限探測器所在的電路系數與衰減器系數的乘積，再利用V₁、V₂和V₃計算出待測波片的相位延遲量δ在0°～180°間的值和快軸方位角θ在-90°～90°間的值，即

δ=arcsin(V12+V32),V2>0.707arccos(V2),-0.707≤V2≤0.707180-arcsin(V12+V32),V2<-0.707,]]>

當所述的第一渥拉斯頓棱鏡的兩個偏振軸分別與水平方向成45°和135°夾角，所述的第三渥拉斯頓棱鏡的兩個偏振軸分別與水平方向成0°和90°夾角時，所述的信號處理系統進行下列計算：

V1=K1Ia1-K1Ia2K1Ia1+K1Ia2=sin(δ)cos(2θ),]]>

V2=K2Ib1-K2Ib2K2Ib1+K2Ib2=cos(δ),]]>

V3=K3Ic1-K3Ic2K3Ic1+K3Ic2=sin(δ)sin(2θ).]]>

其中，K₁和K₃分別為所述的第一雙象限探測器和第三雙象限探測器所在的電路系數，K₂為所述的第二雙象限探測器所在的電路系數與衰減器系數的乘積，再利用V₁，V₂和V₃計算出待測波片的相位延遲量δ在0°～180°間的值和快軸方位角θ在-90°～90°間的值，即

δ=arcsin(V32+V12),V2>0.707arccos(V2),-0.707≤V2≤0.707180-arcsin(V32+V12),V2<-0.707,]]>