[發明專利]一種在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710287025.8
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107024278B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 全偉;劉峰;段利紅;房建成;姜麗偉;范文峰;任丹陽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01J4/04
• 分類號: G01J4/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的裝置及方法，利用設計的光路結構及偏振檢測輸出特性精確優化偏振器件的光軸位置，該方法涉及激光器、起偏器、光彈調制器、待測樣品、四分之一波片和檢偏器等光學器件以及光電探測器、鎖相放大器和信號采集與處理系統等測量儀器。首先根據起偏器與檢偏器透光軸正交消光的特性，確定檢偏器的初始偏振軸位置；然后根據系統輸出信號的誤差特性，精確優化檢偏器、光彈調制器的光軸位置，最終確定光彈調制器與起偏器及檢偏器的相對角度。利用本方法，可在線高精度消除因器件安裝偏差引入待測信號中的偏振及相位誤差，提高檢測系統信噪比，實現高精度微小光旋角的偏振檢測。

技術領域

本發明涉及光學檢測領域，特別是一種在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的裝置及方法，可用于偏振光調制檢測的器件安裝誤差抑制與補償中。

背景技術

利用光彈調制器對線偏振光進行高頻調制，有效提高了入射偏振光束偏振面微小旋轉角的檢測，隔離了低頻、1/f、緩慢漂移帶來的噪聲。尤其在一些需要系統長期穩定的應用領域，調制檢測系統自身的穩定性很重要。

光彈調制檢測必不可少的關鍵器件有起偏器、光彈調制器和檢偏器；以起偏器光軸位置為基準，起偏器、光彈調制器、檢偏器光軸位置應該分別為0度、45度和90度，三者安裝偏差帶來的光軸偏差角會引入檢測的偏振和相位誤差，影響檢測信號的精準度。當起偏器與光彈調制器光軸夾角偏離45度時會使檢測信號的基頻信號和二次諧波信號減小，降低信噪比，嚴重時甚至導致光彈調制檢測方法的失效，因此在使用過程中應盡可能去除減小起偏器與光彈調制器光軸相對角度的誤差。一般情況下是直接觀測透過偏振器件的光強度，根據透過光強度的變化，通過調節偏振器件所在的光學鏡架來確定其光軸所在位置，這種方法簡單操作但是難以精確確定光軸所在方位，不能滿足高精度光旋角偏振檢測要求。

發明內容

本發明目的在于優化偏振調制檢測器件的安裝位置，消除起偏器、光彈調制器、檢偏器安裝誤差，解決由其帶來的引入檢測系統相位和偏振誤差以及檢測信號信噪比降低的問題，提出一種在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的裝置及的方法。該方法的裝置包括光學模塊和測量模塊，通過設計的光路結構及偏振檢測輸出特性優化偏振器件光軸的位置，利用光軸正交消光的特性消除起偏器與檢偏器安裝誤差，利用光彈調制檢測二次諧波特性消除光彈調制器安裝誤差。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的裝置，該裝置包括光學模塊和測量模塊兩部分，光學模塊由沿系統光軸依次設置的激光器、起偏器、光彈調制器、四分之一波片、待測樣品、檢偏器，以及光彈控制器組成；測量模塊由光電探測器、鎖相放大器和信號采集與處理系統組成，上述元器件的位置關系如下：

所述的激光器出射的激光經過所述的起偏器變成線偏振光；從所述的起偏器出射的線偏振光依次通過所述的光彈調制器、四分之一波片、待測樣品、檢偏器的光學中心位置，出射光由所述的光電探測器接收；所述的光彈調制器與起偏器的光軸夾角為45度；所述的四分之一波片與起偏器的光軸夾角為0度；所述的檢偏器與起偏器的光軸夾角為90度；所述的光彈控制器作用在光彈調制器上，使其對激光產生高頻偏振調制作用；調制后的激光由所述的光電探測器轉換為電信號輸入到所述的鎖相放大器；所述的鎖相放大器的參考信號由所述的光彈控制器給出；所述的鎖相放大器輸出信號至所述的信號采集與處理系統。

所述的光彈控制器通過輸入面板設定光彈調制器的峰值延遲量、調制頻率和工作波長。

利用所述的在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的裝置在線消除光彈調制微小光旋角檢測中偏振器件安裝誤差的方法，包括：

步驟1、根據光軸正交消光的特性確定起偏器與檢偏器的透光軸垂直正交；