[發(fā)明專利]位相延遲的檢測方法及檢測裝置

有效

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• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102735430A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設計）人: 談宜東;張鵬;張書練
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01J9/00
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發(fā)明屬于激光檢測技術領域，是關于一種利用激光弱回饋正交光強位相差效應來檢測光學元件位相延遲的方法及其檢測裝置。

背景技術

位相延遲檢測主要應用于雙折射光學元件或因應力等原因產生的雙折射效應的檢測。其中，最典型的應用就是波片位相延遲的檢測。波片在光學系統中應用量很大，尤其在與偏振光有關的系統中有著廣泛的應用，如光隔離器、光濾波器、光盤光拾取頭、激光外差干涉儀、橢偏儀等。波片自身位相延遲的精度會影響整個系統的使用效果，想要加工高精度的波片或者必須高精度確定波片實際位相延遲的應用場合，都需要有精確檢測波片的方法。另一個典型的應用就是檢測玻璃的內應力。玻璃材料在加工過程中往往不可避免地會有殘余應力，此外玻璃材料在與其他材料結合時也會有殘余應力，這些殘余應力在某些應用場合會造成不可忽略的影響，因此需要有方法精確檢測這類殘余應力。檢測殘余應力，其實也可以轉化為檢測應力雙折射引起的位相延遲。

目前廣泛用于波片位相延遲檢測的方法有旋轉消光法和橢圓偏振法。這兩種方法存在檢測精度不夠或操作復雜的問題。旋轉消光法需要在光路中加入一個標準的1/4波片，這個標準1/4波片的誤差會影響系統的檢測精度，而此誤差通過旋轉消光法系統自身無法測知和消除。橢圓偏振法使用的光源為寬譜光源，通過分光得到需要的檢測光波長，這樣得到的檢測光中心波長誤差較大，從而引入檢測誤差。

發(fā)明內容

綜上所述，確有必要提供一種具有較高精度，且易于操作的位相延遲檢測方法及其檢測裝置。

一種位相延遲的檢測方法，包括以下步驟：提供一檢測裝置，所述檢測裝置包括激光器、激光弱回饋外腔以及數據采集與處理系統，所述激光器產生的激光初始偏振態(tài)為線偏振，所述激光弱回饋外腔用于容置被測樣品，所述數據采集及處理系統包括一渥拉斯頓棱鏡；將被測樣品設置于激光弱回饋外腔中，使被測樣品的快軸和慢軸方向與所述渥拉斯頓棱鏡的o光和e光兩個光軸方向對應一致，且與激光初始偏振方向形成一夾角；以激光器發(fā)出的激光照射所述被測樣品，經回饋后，激光器在所述被測樣品的快慢軸方向上分別形成光強信號，并經渥拉斯頓棱鏡分開，且兩路光強信號之間具有位相差；以數據采集與處理系統分別接收經渥拉斯頓棱鏡輸出的所述被測樣品在快慢軸方向上的光強信號，并進行比較計算處理，得到位相延遲。

一種位相延遲的檢測裝置，包括：一激光器，所述激光器包括內腔凹面反射鏡、增益管、增透窗片、內腔平面輸出鏡共同構成，其中：內腔凹面反射鏡固定在所述增益管的上端，增益管上端與內腔凹面反射鏡固定，下端與增透窗片固定，增透窗片固定在所述增益管的下端，內腔平面輸出鏡位于所述增透窗片的下方且與所述增透窗片間隔設置；一激光弱回饋外腔，所述激光弱回饋外腔包括內腔平面輸出鏡、擴束準直透鏡組、樣品座、外腔平面弱反射鏡由上至下依次間隔設置；一數據采集與處理系統，所述數據采集與處理系統包括渥拉斯頓棱鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、模/數轉換器及計算機共同構成，其中：渥拉斯頓棱鏡將激光器的輸出光沿被測樣品快慢軸方向分成兩個正交偏振的分量；第一光電探測器、第二光電探測器，位于渥拉斯頓棱鏡上方，分別探測正交方向上的光強信號并轉換成電壓信號；模/數轉換器，將光電探測器輸出的電壓信號轉換成數字信號并輸出給計算機；計算機，其輸入端與所述模/數轉換器的輸出端連接，接收數字信號進行比較計算處理。

本發(fā)明利用半外腔激光器與外部平面反射鏡構成激光回饋系統，利用光強曲線的位相差效應檢測光學元件的位相延遲。渥拉斯頓棱鏡的光軸方向與被測樣品的快（慢）軸方向重合，從而將激光器輸出的光分為兩部分。這兩路光強信號存在位相差，此位相差與被測樣品的位相延遲存在線性關系。測出兩正交方向上的光強信號之間的位相差，即可以得到被測樣品的位相延遲。此檢測方法操作簡單，對被測樣品無特殊要求，且具有應用于殘余應力等微小應力檢測需求的潛力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例所述利用激光弱回饋正交光強位相差效應檢測位相延遲的裝置示意圖；

圖2是被測樣品的快慢軸方向與激光初始偏振方向和渥拉斯頓棱鏡光軸方向之間的位置關系示意圖；

圖3是激光弱回饋正交光強位相差效應的原理圖；

圖4是激光弱回饋正交光強位相差效應的實驗圖。

主要元件符號說明