[發明專利]一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法

有效

• 申請號: 201210433315.6
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102902076A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 李艷秋;董娟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/00;G01J4/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;李愛英

1.一種用于偏振光產生和檢測的復合波片組的優化設計方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1、計算求得入射光波經過第一復合波片后的p分量和s分量之間的相位延遲δ1：

δ1=2πd1λ(neq2-neq2cos2θ+noq2sin2θnoq2sin2α-noq2-sin2α)]]>

+2πd2λ(noq2-sin2α-neq2-neq2sin2θ+noq2cos2θnoq2sin2α)]]>

所述第一復合波片包括兩片光軸互相垂直，厚度為d₁的第一正晶片和厚度為d₁的第二正晶片，且第一正晶片與第二正晶片平行放置；其中，α為入射光波法線與晶片表面法線的夾角，即為入射角；θ為入射光波法線所在的入射面的方位角；λ為入射光線的波長;n_eq和n_oq是正晶片的主折射率；

步驟2、計算求得入射光線經過第二復合波片后的p分量和s分量之間的相位延遲δ₂：

δ2=2πd3λ(nos2-sin2α-nes2-nes2sin2θ+nos2cos2θnos2sin2α)]]>

+2πd4λ(nes2-nes2cos2θ+nos2sin2θnos2sin2α-nos2-sin2α)]]>

所述第二復合波片包括兩片光軸互相垂直，厚度為d₃的第一負晶片和厚度為d₄的第二負晶片，且第一負晶片與第二負晶片平行放置；n_es和n_es是負晶片的主折射率；

步驟3、計算入射光線經過由第一復合波片和第二復合波片組成的復合波片組后的p分量和s分量之間的相位延遲δ：

δ=δ1+δ2=2πd1λ(neq2-neq2cos2θ+noq2sin2θnoq2sin2α-noq2-sin2α)]]>

+2πd2λ(noq2-sin2α-neq2-neq2sin2θ+noq2cos2θnoq2sin2α)]]>

+2πd3λ(nos2-sin2α-nes2-nes2sin2θ+nos2cos2θnos2sin2α)]]>

+2πd4λ(nes2-nes2cos2θ+nos2sin2θnos2sin2α-nos2-sin2α)---(1)]]>

步驟4、根據特定系統偏振檢測需求，對復合波片組中各個波片的厚度進行優化設計；

S401、對第一復合波片中的第一正晶片的厚度d₁、第二正晶片的厚度d₂和第二復合波片中的第一負晶片厚度d₃和第二負晶片的厚度d₄進行初始優化，分別得到各自的初始值，具體方法為：

第一復合波片是能夠產生任意相位差的復合波片，第二復合波片為復合零級全波片，那么，α＝0和θ=0時：

第一復合波片中的第一正晶片引起的兩個正交分量之間的相位差滿足：

|2πλ(neq-noq)d1|=2m1π+kπ2---(2)]]>

其中，m₁和k均為非負整數；

考慮可實現加工的第一正晶片的厚度d₁₀代入式（2）中，計算m₁的值后并對其向下取整，再將得到的m₁的值重新代入式（2）后，求得第一正晶片的厚度d₁的初始值d_1r；第一正晶片和第二正晶片構成的復合零級波片厚度差與波長及折射率的關系為：

Δ=d1-d2=kλ4(neq-noq)---(3)]]>

據此得到第二正晶片厚度d₂的初始值d_2r＝d_1r-Δ；

第二復合波片中的第一負晶片滿足：

|2πλ(nes-nos)d3|=2m2π---(4)]]>

其中m₂為正整數；

將所選擇用于加工的第一片負晶片的實際厚度d₃₀代入式（4）中，計算m₂的值并對m₂向下取整，再將得到的m₂的值重新代入式（4）中后求得第一負晶片的厚度d₃的初始值d_3r；再根據Δ＝d₃-d₄＝0，計算得到第二負晶片的厚度d₄的初始值d_4r＝d_3r-Δ，由此完成了對第一復合零級波片和第二復合零級波片的初始優化；

S402、首先，根據應用該方法的實際系統，分別確定入射到復合波片組的光波法線與波片法線之間的入射角α的取值范圍以及入射光波法線所在的入射面的方位角θ的取值范圍；

其次，根據步驟S401中確定的d₁、d₂、d₃和d₄在各自的初始值附近的0.1μm范圍內以0.01μm為步長取值，得到d₁、d₂、d₃和d₄所有可能的取值；

最后，針對每一組d₁、d₂、d₃和d₄的取值，在α和θ的取值范圍內分別得到公式（1）的最大值δ_max和最小值δ_min；計算從θ＝0入射面的光波以方位角α＝0正入射到復合波片組時公式（1）的相位延遲δ₀，再分別求得每一組δ_max和δ_min與相位延遲δ₀之間的差值Δδ₁和Δδ₂，確定每一組差值Δδ₁和Δδ₂中較大值Δδ_max，則所有Δδ_max中最小的對應的一組d₁、d₂、d₃和d₄值即是最優的第一正晶片、第二正晶片、第一負晶片和第二負晶片的厚度，由此完成了復合波片組的優化設計。