专利名称：一种光学元件各向异性检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测光学元件参数的装置，特别是关于一种光学元件各向异性检测装置。
背景技术：
光学元件各向异性包括天然双折射材料或人工双折射材料形成的各向异性，如波片的位相延迟，也包括各向同性光学元件由于加工过程中引入的残余应力造成的应力双折射。其中，波片位相延迟的测量精度直接影响到整个系统的精度，光学元件内部的残余应力对光学系统的成像质量、像差等有着重要的影响。因此，精确测定光学元件的各向异性具有非常重要的意义。现有技术中对光学元件各向异性的检测通常是采用光学元件的各向异性引起的偏振态相互垂直的两束光的位相差表示，常用的检测方法有旋转消光法、电光调制法、磁光调制法、旋转检偏器法、光学外差干涉法和激光频率分裂测量法，由于上述这些测量方法存在测量设备昂贵，对检测光学元件样品要求高和检测精度低等问题，因此在实际生产应用中受到限制。为了满足光学元件各向异性的检测精度要求，现有技术中有人提出了采用激光回馈测量法对光学元件的各向异性进行检测，激光回馈测量法的检测精度可以达到O. 5°。采用激光回馈测量时将光学元件放置在激光器的回馈外腔中，当回馈外腔的腔长变化时，激光的偏振态发生跳变，通过测量激光偏振态跳变后的相互垂直的两束光的占空比，实现对光学元件各向异性的检测。但是由于激光器内部存在模竞争，如果放置在回馈外腔内需要测量的光学元件各向异性非常小，改变回馈外腔的腔长时，激光的偏振态并不会发生跳变，即对光学元件的各向异性无法检测，因此激光回馈测量方法存在测量盲区，经过试验发现测量盲区为位相延迟0° 15°和165° 180°两个区间，当光学元件各向异性的大小位于测量盲区，激光回馈测量法无法对此光学元件各向异性的大小进行精确测量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种无测量盲区的光学元件各向异性检测装置。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种光学元件各向异性检测装置，它包括激光器、回馈外腔、信号控制系统和信号处理系统，所述激光器包括激光增益管，所述激光增益管的轴线左侧设置内腔凹面反射镜，所述激光增益管的轴线右侧依次设置有增透窗片和外腔平面反射镜，所述外腔平面反射镜与设置在所述外腔平面反射镜右侧的回馈镜构成所述回馈外腔；其特征在于它还包括一加力元件，所述加力元件的周向设置有一个以上的螺纹孔，所述加力元件通过螺钉穿过所述螺纹孔顶设在所述增透窗片上。所述加力元件的形状根据所述增透窗片的形状确定。所述加力元件采用变形小的金属材料制作而成。所述信号控制系统包括固定设置在所述回馈镜外侧的压电陶瓷和控制所述压电陶瓷伸缩运动的驱动电路；所述信号处理系统包括一偏振片、两探测器、一采集模块和一信号处理模块，所述偏振片设置在所述信号控制系统的压电陶瓷的出光方向，两所述探测器分别设置在所述内腔凹面反射镜和偏振片的出射激光的方向探测激光光强信号和激光偏振态信号，所述采集模块分别控制两所述探测器将采集的激光光强信号和激光偏振态信号发送到所述信号处理模块，所述信号处理模块对激光光强信号和激光偏振态信号进行计算得到待测的光学元件各向异性的大小。两所述探测器的输出端分别连接有一示波器，用于显示激光的光强信号和激光的偏振态信号测量时，待测的光学元件放置在所述回馈外腔的外腔平面反射镜与所述回馈镜之间。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于在现有的激光回馈测量系统的增透窗片上套设一加力元件，加力元件的周向设置有一个以上的螺纹孔，加力元件通过螺钉穿过螺纹孔对增透窗片施加力，因此增大了激光器的频差，减小了模竞争， 能够实现对光学元件微小各向异性的测量，有效消除了激光回馈测量法的测量盲区。2、测量时，本发明将光学元件放置在回馈外腔中，位于激光器谐振腔外，因此对待测的光学元件样品的要求低，样品表面只需要简单抛光，且对样品大小和损耗也没限制。3、本发明由于采用偏振跳变原理进行测量，相对于基于消光点的判断进行测量的方法，有更高的测量精度。 本发明可以广泛应用于采用激光回馈测量法对光学元件各向异性的检测中。
图I是激光器在2M Hz频差时，光学元件各向异性在15°位相延迟时的有效增益随外腔长的变化曲线，，为e光有效增益，，为ο光有效增益，横坐标为外腔长变化，单位为m，纵坐标为激光器的有效增益；图2是激光器在9M Hz频差时，光学元件各向异性在15°位相延迟时的有效增益随外腔长的变化曲线，，为e光有效增益，，为ο光有效增益，横坐标为外腔长变化，单位为m，纵坐标为激光器的有效增益；图3是激光器在30M Hz频差时，光学元件各向异性在I. 37°位相延迟时的有效增益随外腔长的变化曲线，“，，为e光有效增益，，为ο光,横坐标为外腔长变化, 单位为m,纵坐标为激光器的有效增益；图4是本发明的光学元件各向异性检测装置的结构示意图；图5是本发明实施例的激光回馈外腔各向异性偏振跳变波形曲线，纵坐标分别表示驱动电压和示波器输出的电压值，单位为V，横坐标为扫描时间，单位为ms。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。若将具有各向异性的光学元件放置在激光器谐振腔中，可以将激光器发出的激光分裂成两个本征模式偏振方向相互垂直的两束光，这两种光通常以ο光和e光表不。在激光半经典理论中，激光模式能否震荡，取决于两个条件α。> 0，a e > O
权利要求
1.一种光学元件各向异性检测装置，它包括激光器、回馈外腔、信号控制系统和信号处理系统，所述激光器包括激光增益管，所述激光增益管的轴线左侧设置内腔凹面反射镜，所述激光增益管的轴线右侧依次设置有增透窗片和外腔平面反射镜，所述外腔平面反射镜与设置在所述外腔平面反射镜右侧的回馈镜构成所述回馈外腔；其特征在于它还包括一加力元件，所述加力元件的周向设置有一个以上的螺纹孔，所述加力元件通过螺钉穿过所述螺纹孔顶设在所述增透窗片上。
2.如权利要求I所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于所述加力元件的形状根据所述增透窗片的形状确定。
3.如权利要求I所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于所述加力元件采用变形小的金属材料制作而成。
4.如权利要求2所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于所述加力元件采用变形小的金属材料制作而成。
5.如权利要求I或2或3或4所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于 所述信号控制系统包括固定设置在所述回馈镜外侧的压电陶瓷和控制所述压电陶瓷伸缩运动的驱动电路；所述信号处理系统包括一偏振片、两探测器、一采集模块和一信号处理模块，所述偏振片设置在所述信号控制系统的压电陶瓷的出光方向，两所述探测器分别设置在所述内腔凹面反射镜和偏振片的出射激光的方向探测激光光强信号和激光偏振态信号， 所述采集模块分别控制两所述探测器将采集的激光光强信号和激光偏振态信号发送到所述信号处理模块，所述信号处理模块对激光光强信号和激光偏振态信号进行计算得到待测的光学元件各向异性的大小。
6.如权利要求5所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于两所述探测器的输出端分别连接有一不波器，用于显不激光的光强信号和激光的偏振态信号。
7.如权利要求I或2或3或4或6所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于测量时，待测的光学元件放置在所述回馈外腔的外腔平面反射镜与所述回馈镜之间。
8.如权利要求5所述的一种光学元件各向异性检测装置，其特征在于测量时，待测的光学元件放置在所述回馈外腔的外腔平面反射镜与所述回馈镜之间。
全文摘要
本发明涉及一种光学元件各向异性检测装置，它包括激光器、回馈外腔、信号控制系统和信号处理系统，所述激光器包括激光增益管，所述激光增益管的轴线左侧设置内腔凹面反射镜，所述激光增益管的轴线右侧依次设置增透窗片和外腔平面反射镜，所述外腔平面反射镜与设置在所述外腔平面反射镜右侧的回馈镜构成所述回馈外腔；其特征在于它还包括一加力元件，所述加力元件的径向设置有一个以上的螺纹孔，所述加力元件通过螺钉穿过所述螺纹孔顶设在所述增透窗片上。本发明可以广泛应用于采用激光回馈测量法对光学元件各向异性的检测中。
文档编号G01M11/02GK102607814SQ20121008467
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者张书练, 陈文学 申请人:清华大学