专利名称：波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及波片测量，特别是一种波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置和方法。
背景技术：
波片在偏振光学系统中被广泛地应用，是一种重要的产生相移的光学兀件。波片通常被用来改变光的偏振态或偏振方向。相位延迟量和快轴方位角是波片的两个重要参数，其误差严重影响了波片的使用效果，故需要精确测量波片的相位延迟量和快轴方位角。在先技术[I](参见Zheng Ping Wang, Qing Bo Li, Qiao Tan 等 Method of measuring the practical retardance and judging the fast or slow axis of aquarter-wave plate. Measurement, Vol. 39, 729-735, 2006)描述了一种测量波片相位延迟量的装置，该装置主要由激光器、起偏器、待测波片、直角棱镜、检偏器和光电探测器组成。在测量过程中，首先运用其他方法确定待测波片的主轴(快轴或慢轴)，然后将待测波片的主轴分别调节到水平位置和垂直位置，记录下主轴在这两个位置处而检偏器透振轴与水平方向成±45°夹角时的四个光强值，最后利用这四个光强值计算待测波片的相位延迟量，并判断该主轴为快轴还是慢轴。由于需要先确定主轴，且测量过程中需要旋转待测波片和检偏器，所以该装置无法实现相位延迟量和快轴方位角的同时与实时测量。计算相位延迟量时需要利用反正弦函数和反余弦函数的平均值，两个函数中任一个的差异都会影响测量结果，故限制了可测相位延迟量的范围，该装置中还利用直角棱镜引入相移来提高测量精度，但是直角棱镜引入的相移是固定的，不是可以提高所有待测波片的测量精度的，故又限制了可测相位延迟量的范围，所以该装置的相位延迟量的测量范围小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置和方法，该装置能同时且实时测量波片的相位延迟量和快轴方位角，其测量范围大且测量结果不受初始光强波动、衍射效率差异和子光束电路常数差异的影响。本发明的技术解决方案如下一种波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，特点在于其构成是沿准直激光器输出的光束前进方向上，依次是圆起偏器、一维光栅，入射激光束经该一维光栅后形成正一级级子光束、零级子光束和负一级级子光束,在所述的零级子光束方向依次是标准四分之一波片、第二渥拉斯顿棱镜、第二准直透镜、衰减器和第二双象限探测器，沿所述的负一级子光束的前进方向依次是第一渥拉斯顿棱镜、第一准直透镜和第一双象限探测器，沿所述的正一级级子光束的前进方向，依次是第三渥拉斯顿棱镜、第三准直透镜和第三双象限探测器，所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器的输出端接信号处理系统，所述的标准四分之一波片的快轴与水平方向成0°夹角；所述的第二渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；在所述的圆起偏器和一维光栅之间设有待测波片插口。
所述的圆起偏器由一个线起偏器和一个四分之一波片组成，所述的四分之一波片的快轴与所述的线起偏器的透光轴所成的角度为45°或135°。所述的线起偏器为偏振片、偏振棱镜或偏振相位掩膜。所述的标准四分之一波片和所述的四分之一波片为晶体材料型四分之一波片、多元复合型四分之一波片、反射棱体型四分之一波片或双折射薄膜型四分之一波片。所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器为具有双象限的光电二极管、光电三极管、光电倍增管或者光电池。所述的衰减器为镀反射薄膜的光学平板、有色玻璃平板或其它光吸收材料制作的平板。所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；或所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴都分别与水平方向成0°和90°夹角夹角。所述的信号处理系统由信号采集电路、信号放大电路和带有数据处理与分析软件的计算机所构成。利用上述波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置测量波片的相位延迟量和快轴方位角的方法，包括下列步骤①将待测的波片插入所述的圆起偏器和所述的一维光栅之间的待测波片的插口中并调整光路；②开启所述的脉冲光强调制的准直激光器，所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器分别探测经过所述的第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜和第三渥拉斯顿棱镜检偏的光束，得到六个包含待测波片相位延迟量和快轴方位角信息的光强信号Ial、Ia2> Ibi、Ib2> Id和1。2，并将该光强信号相应地转变为电信号，然后将该电信号输入所述的信号处理系统；③当所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角时，所述的信号处理系统进行下列计算
权利要求
1.一种波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，特征在于其构成是 沿准直激光器(I)输出的光束前进方向上，依次是圆起偏器(2)、一维光栅(4)，入射激光束经该一维光栅(4)后形成正一级级子光束、零级子光束和负一级级子光束，在所述的零级子光束方向依次是标准四分之一波片(5)、第二渥拉斯顿棱镜(6)、第二准直透镜(7)、衰减器(8)和第二双象限探测器(9)，沿所述的负一级子光束的前进方向依次是第一渥拉斯顿棱镜(10)、第一准直透镜(11)和第一双象限探测器(12)，沿所述的正一级级子光束的前进方向，依次是第三渥拉斯顿棱镜(13)、第三准直透镜(14)和第三双象限探测器(15)，所述的第一双象限探测器(12)、第二双象限探测器(9)和第三双象限探测器(15)的输出端接信号处理系统(16)，所述的标准四分之一波片(5)的快轴与水平方向成0°夹角；所述的第二渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；在所述的圆起偏器(2)和一维光栅(4)之间设有待测波片插口。
2.根据权利要求I所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的圆起偏器(2)由一个线起偏器和一个四分之一波片组成，所述的四分之一波片的快轴与所述的线起偏器的透光轴所成的角度为45°或135°。
3.根据权利要求2所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的线起偏器为偏振片、偏振棱镜或偏振相位掩膜。
4.根据权利要求I或2所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的标准四分之一波片和所述的四分之一波片为晶体材料型四分之一波片、多元复合型四分之一波片、反射棱体型四分之一波片或双折射薄膜型四分之一波片。
5.根据权利要求I所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器为具有双象限的光电二极管、光电三极管、光电倍增管或者光电池。
6.根据权利要求I所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的衰减器为镀反射薄膜的光学平板、有色玻璃平板或其它光吸收材料制作的平板。
7.根据权利要求I所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的第一渥拉斯顿棱镜(10)的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜(13)的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；或所述的第一渥拉斯顿棱镜(10)的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜(13)的两个偏振轴都分别与水平方向成0°和90°夹角夹角。
8.根据权利要求I所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的信号处理系统(16)由信号采集电路、信号放大电路和带有数据处理与分析软件的计算机所构成。
9.利用权利要求I所述的波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置测量波片的相位延迟量和快轴方位角的方法，其特征在于包括下列步骤 ①将待测的波片(3)插入所述的圆起偏器和所述的一维光栅之间的待测波片的插口中并调整光路； ②开启所述的脉冲光强调制的准直激光器，所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器分别探测经过所述的第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜和第三渥拉斯顿棱镜检偏的光束，得到六个包含待测波片相位延迟量和快轴方位角信息的光强信号Ial、Ia2> Ibl > Ib2> Icl和1。2，并将该光强信号相应地转变为电信号，然后将该电信号输入所述的信号处理系统； ③当所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角时，所述的信号处理系统进行下列计算
全文摘要
一种波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置和方法，该装置由准直激光器、圆起偏器、一维光栅、标准四分之一波片、第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜、第三渥拉斯顿棱镜、第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第一双象限探测器、第二双象限探测器、第三双象限探测器、衰减器和信号处理系统组成，本发明能同时且实时地测量波片的相位延迟量和快轴方位角，测量范围大且测量结果不受初始光强波动、衍射效率差异和子光束电路常数差异的影响。
文档编号G01M11/02GK102636333SQ20121007473
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者曾爱军, 朱玲琳, 李凡月, 袁乔, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所