[發明專利]一種補償任意光學相位延遲的波片組設計方法

有效

• 申請號: 201710332040.X
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107102436B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 李旸暉;周輝;來鄰
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/28
• 代理公司: 51247 成都坤倫厚樸專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉坤

本發明公開了一種補償任意光學相位延遲的波片組設計方法，包括：1)將波片組置于待補償光學相位延遲的光學系統光路的前端或后端；2)以待補償光學相位延遲的光學系統作參考，光學系統的快軸方向為橫坐標，建立笛卡爾坐標系；3)將相應瓊斯矩陣依次左乘，得到經波片組調制后的光學系統的瓊斯矩陣；4)將相應瓊斯矢量依次左乘，得到出射光波的瓊斯矢量；5)將調制后的出射光波的瓊斯矢量與所需出射光波偏振態對應的瓊斯矢量進行比較，計算出需要調節的波片組中各個波片跟參考坐標系橫坐標夾角；6)根據計算出的波片組中各個波片跟參考坐標系橫坐標夾角，轉動波片組中各個波片，完成對待補償光學相位延遲光學系統產生的光學相位延遲的補償。

技術領域

本發明涉及晶體波前相位補償技術領域、偏振調制技術領域，具體涉及一種補償任意光學相位延遲的波片組設計方法。

背景技術

隨著光纖通信技術、超分辨顯微技術、光纖傳感技術等技術的發展，對光學相位的精確控制帶來了更高的要求。由于光學系統中的各種偏振器件的存在，會誘發光學相位延遲，繼而使得光的偏振態發生變化，最終直接影響光學系統的能量利用率或成像效果。因此，必須對光學系統中非設計因素導致的光學相位延遲加以補償，以消除或減小系統中非設計因素引入的光學相位延遲的影響，從而能夠提高光學系統的工作效率和工作質量。

在吳聞迪等人的專利文獻《雙波長光學相位延遲器》，公開號為CN105700059A中，提供了一種針對光學相位延遲補償的波片組合，該專利文獻采用了單片雙折射晶體片組合，通過計算需補償光學相位的雙折射晶體片的厚度，改變雙折射晶體片的厚度來獲得所需光學相位差。但是本發明具有局限性，只能針對固定的光學相位延遲進行補償。在光學相位延遲補償方面局限性較大，并且該專利技術需調節雙折射晶體片的厚度來改變光學相位差，操作復雜，實現難度大。而在趙書清等人的專利文獻《光學相位延遲器》，公開號為CN1387071A中，使用雙折射晶體對光束進行分束，一束為尋常光，另一束為非尋常光，然后使用平行分束片對這兩束偏振光進行耦合，控制兩個分束片光軸的角度可獲所需的光學相位延遲，但是依然存在一些缺陷：其一，采用雙折射晶體分束的方法，會導致光學相位延遲量精度不高；其二，在產生所需光學相位延遲時，必須通過改變平行分束片的厚度來實現，操作復雜，成本較高，普適性較差。

發明內容

本發明針對現有光學相位延遲補償器普適性、通用性、靈活性較差，對于光學系統中光學相位延遲補償過于復雜、并且補償精度不高等技術問題，提出了一種補償任意光學相位延遲的波片組設計方法。利用由半波片和四分之一波片組成的波片組產生的光學相位差，對待補償光學相位延遲的光學系統中非設計因素產生的光學相位延遲進行補償，這種補償方式通過調節半波片以及四分之一波片與參考坐標系橫坐標的夾角，便可實現對光學系統中產生的任意的光學相位延遲的補償。

一種補償任意光學相位延遲的波片組設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將波片組置于待補償光學相位延遲的光學系統光路的前端或后端，波片組垂直于光路中光波傳播方向放置，用于補償待補償光學相位延遲的光學系統產生的光學相位延遲；

2)以待補償光學相位延遲的光學系統作參考，光學系統的快軸方向為橫坐標，光學系統的慢軸方向為縱坐標，建立笛卡爾坐標系；

3)將待補償光學相位延遲的光學系統的瓊斯矩陣和步驟1)中波片組的瓊斯矩陣按照光路中光波入射次序依次左乘，得到經波片組調制后的光學系統的瓊斯矩陣；

4)將步驟3)中經波片組調制后的待補償光學相位延遲的光學系統的瓊斯矩陣與入射光波瓊斯矢量依次左乘，得到經待補償光學相位延遲的光學系統、波片組調制后的出射光波的瓊斯矢量；

5)將步驟4)中經待補償光學相位延遲的光學系統、波片組調制后的出射光波的瓊斯矢量與所需出射光波偏振態對應的瓊斯矢量進行比較，計算出需要調節的波片組中各個波片跟參考坐標系橫坐標夾角；