[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

技術領域

本發明涉及波片測量，特別是一種波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置和方法。

背景技術

波片在偏振光學系統中被廣泛地應用，是一種重要的產生相移的光學元件。波片通常被用來改變光的偏振態或偏振方向。相位延遲量和快軸方位角是波片的兩個重要參數，其誤差嚴重影響了波片的使用效果，故需要精確測量波片的相位延遲量和快軸方位角。

在先技術[1](參見Zheng?Ping?Wang，Qing?Bo?Li，Qiao?Tan等.Method?of?measuring?the?practical?retardance?and?judging?the?fast?or?slow?axis?of?a?quarter-wave?plate.Measurement，Vol.39，729-735，2006)描述了一種測量波片相位延遲量的裝置，該裝置主要由激光器、起偏器、待測波片、直角棱鏡、檢偏器和光電探測器組成。在測量過程中，首先運用其他方法確定待測波片的主軸(快軸或慢軸)，然后將待測波片的主軸分別調節到水平位置和垂直位置，記錄下主軸在這兩個位置處而檢偏器透振軸與水平方向成±45°夾角時的四個光強值，最后利用這四個光強值計算待測波片的相位延遲量，并判斷該主軸為快軸還是慢軸。由于需要先確定主軸，且測量過程中需要旋轉待測波片和檢偏器，所以該裝置無法實現相位延遲量和快軸方位角的同時與實時測量。計算相位延遲量時需要利用反正弦函數和反余弦函數的平均值，兩個函數中任一個的差異都會影響測量結果，故限制了可測相位延遲量的范圍，該裝置中還利用直角棱鏡引入相移來提高測量精度，但是直角棱鏡引入的相移是固定的，不是可以提高所有待測波片的測量精度的，故又限制了可測相位延遲量的范圍，所以該裝置的相位延遲量的測量范圍小。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種波片相位延遲量與快軸方位角的實時測量裝置和方法，該裝置能同時且實時測量波片的相位延遲量和快軸方位角，其測量范圍大且測量結果不受初始光強波動、衍射效率差異和子光束電路常數差異的影響。

本發明的技術解決方案如下：

一種波片相位延遲量和快軸方位角的實時測量裝置，特點在于其構成是：

沿準直激光器輸出的光束前進方向上，依次是圓起偏器、一維光柵，入射激光束經該一維光柵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、第二渥拉斯頓棱鏡、第二準直透鏡、衰減器和第二雙象限探測器，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、第一準直透鏡和第一雙象限探測器，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、第三準直透鏡和第三雙象限探測器，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的輸出端接信號處理系統，所述的標準四分之一波片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；在所述的圓起偏器和一維光柵之間設有待測波片插口。

所述的圓起偏器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°。

所述的線起偏器為偏振片、偏振棱鏡或偏振相位掩膜。

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。

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。

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。

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都分別與水平方向成0°和90°夾角夾角。

所述的信號處理系統由信號采集電路、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。

利用上述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，包括下列步驟：

①將待測的波片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；