一种激光频率法测量波片相位延迟的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种激光频率法测量波片相位延迟的装置。该装置利用波片放入激光谐振腔内可以产生激光频率分裂的原理，使激光器的一个振荡频率变为两个振荡频率，这两个频率之间的频率差正比于波片的相位延迟。将激光输出光在同一偏振方向上取光拍，测量光拍信号的频率即是两个分裂频率的频率差，就可以精确得到波片相位延迟的大小。本实用新型的装置包括半外腔He-Ne激光器，放入腔内的待测波片由一个包含二维平移台和二维角度调节架的支撑架所承载，该波片支撑架在激光轴线一侧配置，可使激光腔长缩短，提高出光功率，并能使待测波片沿二维方向平移，测量不同点的相位延迟。
【专利说明】一种激光频率法测量波片相位延迟的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量领域，尤其涉及测量领域中的一种激光频率法测量波片相位延迟的装置。
【背景技术】
[0002]波片是一种常用的光学元件，在很多精密测量仪器和光学系统中都有广发应用，其相位延迟是最重要的技术指标，
[0003]在涉及到偏振光的很多光学系统中都要使用，位相延迟是其最主要的技术指标，在应用中很大程度上影响着系统的性能，因此精确测量其位相延迟非常重要。当前常用的波片位相延迟测量装置测量精度一般在0.5度?I度左右，设备调整较复杂。有的需要高精度测角仪或标准四分之一波片；有的只适用于四分之一波片而不适用于半波片等的检测。此外现有测量装置不能溯源到自然基准，这些因素使其难以满足日益提高的测量要求。
[0004]基于激光频率分裂技术测量波片位相延迟的装置提供了一种系统结构简单，调整方便，只需测量频差而无需高精度测角仪和标准四分之一波片的高精度波片位相延迟的测量装置:在由可沿轴线移动的独立反射镜和激光增益管组成的半外腔氦氖激光器谐振腔内插入波片，会引起激光频率分裂，每一级纵模变成偏振方向相互正交的两个，两分裂模的频率差正比于波片位相延迟。将分裂的频差与纵模间隔相比即可得到波片位相延迟。为避免多模振荡引起的频差混叠，可以分别测量同级分裂模的频差和相邻级分裂模的频差，然后加和得到激光纵模间隔。但是对于近似标准的半波片和全波片，分裂成的两纵模之一与其他级次的纵模频率很接近，激光器将发生闭锁现象，分裂出的纵模不能同时振荡。因此，用上述测量装置对半/全波片的位相延迟进行测量时需要采取特殊的措施。
[0005]一种装置是采用在激光增益管两侧加横向磁场，利用横向塞曼效应消除激光器闭锁。采用类似频率分裂的装置，测量分裂模的频差大小和纵模间隔，二者相比即可得到波片位相延迟。由于测量中必需施加横向磁场，并保证磁场方向跟波片快慢轴之一平行，不能在一套装置上测量任意波片位相延迟。
[0006]实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于克服上述基于频率分裂测量波片位相延迟装置的不足，提出一种能够测量包括半波片和全波片在内的任意波片位相延迟的装置。
[0008]本实用新型提出的一种激光频率法测量波片相位延迟的装置包括:
[0009]氦氖激光器，该氦氖激光器包括增益管和独立反射镜，该增益管的两端分别固定着固定反射镜和增透窗片，该独立反射镜的反射面与该增透窗片相对，该固定反射镜与该独立反射镜形成该氦氖激光器的谐振腔，该独立反射镜的非反射面与压电陶瓷相连；
[0010]波片支架，该波片支架位于该增透窗片和该独立反射镜之间，该波片支架包括平行移动导轨和固定在该导轨上的至少二维角度调节的调节支架，待测波片和/或附加波片分别放置在该调节支架上，并使该待测波片和/或附加波片放在该调节支架上时面法线相对于该氦氖激光器的激光轴线倾斜；[0011]光强探测单元，该光强探测单元设置在该氦氖激光器的一侧，与该增益管上的固定反射镜相对，用于对该氦氖激光器输出的两个正交偏振态光强进行测量；
[0012]频差探测单元，该频差探测单元设置在该氦氖激光器的另一侧，与该独立反射镜相对，用于测量该氦氖激光器输出的两个正交偏振态的激光的频率差；
[0013]控制器，该控制器与该光强探测单元、该频差探测单元以及该压电陶瓷电相连，用于控制测量过程并输出测量结果。
[0014]具体而言，该装置可以包括:
[0015]氦氖激光器，由一支增益管和一片独立反射镜组成，所述增益管的两端分别固定着一片反射镜和一片增透窗片，所述独立反射镜与所述增透窗片相对并与压电陶瓷相连；
[0016]波片支架，位于所述增透窗片和所述独立反射镜之间，包括一个平行移动导轨和两个固定在所述导轨上的二维角度调节支架，所述待测波片和/或附加波片分别放置在所述各个调节支架上，并使所述待测波片和/或附加波片放在所述调节支架上时面法线相对于激光轴线倾斜；
[0017]光强探测单元，与所述增益管上的反射镜相对，用于对所述激光器输出的两个正交偏振态光强进行测量，所述光强探测单元包括一个渥拉斯顿棱镜和两个光电探测器，所述渥拉斯顿棱镜将所述激光器的输出光按正交偏振态分成两束光，所述光电探测器可以采用例如光电池等，探测所述两束光光强；
[0018]频差探测单元，与所述独立反射镜相对，用于测量所述激光器两个正交偏振态的频率差，所述频差探测单元包括一个偏振片，一个光电探测器和一个频率计，所述光电探测器可以采用例如雪崩光电二极管(APD)等，探测所述激光器两个正交偏振态通过通光方向与所述待测波片快慢轴方向成45度角放置的所述偏振片后形成的光拍频，所述频率计与所述光电探测器输出端相连；
[0019]控制装置，同所述光强探测单元、频差探测单元以及压电陶瓷相连，用于控制测量过程并输出测量结果。
[0020]其中，所述激光增益管上的增透窗片面法线相对于激光轴线倾斜的角度至少为15分，以避免引起频差调谐量异常；在所述波片附近可以采用温度传感器测量温度，所述温度传感器可以采用例如Ptioo等。
[0021]优选地，该光强探测单元包括渥拉斯顿棱镜和第一光电探测器，该渥拉斯顿棱镜将该激光器的输出光按正交偏振态分成两束光，该第一光电探测器设置成分别接收该两束光。
[0022]优选地，该频差探测单元包括偏振片、第二光电探测器和频率计，该偏振片设置成通光方向分别与该待测波片的快轴和慢轴成45度夹角，该第二光电探测器设置成探测该氦氖激光器输出的两个正交偏振态激光通过该偏振片后形成的光拍频，该频率计与该第二光电探测器的输出端电相连。
[0023]优选地，该增益管上的增透窗片的面法线相对于该氦氖激光器输出的激光的轴线的倾斜角度至少为15分。
[0024]优选地，该装置还包括补偿模块，该补偿模块用于根据该倾斜角度，对该控制器输出的测量结果进行补偿处理。
[0025]优选地，该装置还包括设置在该波片支架上的温度传感器。[0026]优选地，该装置还包括设置在该增透窗片和该波片支架之间的孔径光阑。
[0027]优选地，该氦氖激光器输出的激光的波长为632.8nm。
[0028]基于上述技术方案，本实用新型的激光频率法测量波片相位延迟的装置，能够在一套系统实现对任意波片位相延迟的测量，操作简单，自动判别波片测量结果，并补偿系统误差，其短期测量重复性优于0.02度，长期测量重复性优于0.04度。并且由于采用激光频率测量波片位相延迟，能够溯源到激光波长，可以为其他波片测量装置提供参考基准，作为一种可溯源测量任意波片位相延迟的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是基于频率分裂的测量方法用的半内腔氦氖激光器的原理图。
[0031]图2是两级纵模各分裂成偏 振方向相互正交的两个纵模的示意图。
[0032]图3 (a)和图3 (b)分别是调谐腔长不同级次分裂模依次进入激光出光带振荡示意图，其中图3 (a)是相邻级分裂模同时振荡示意图；图3 (b)是同级两分裂模同时振荡示意图。
[0033]图4 (a)和图4 (b)分别是半/全波片放入激光谐振腔内输出两正交偏振光强调谐曲线示意图，其中图4 (a)是发生模式跳变时的光强调谐曲线示意图；图4 (b)是未发生模式跳变时的光强调谐曲线示意图。
[0034]图5 U)和图5 (b)分别是半/全波片引起正交方向上纵模间隔平移示意图，其中图5 (a)是间隔增大两纵模移入出光带振荡示意图；图5 (b)是间隔变小两纵模移入出光带振荡示意图。
[0035]图6是根据本实用新型实施例的可溯源任意波片位相延迟测量装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
[0037]图1为基于频率分裂的测量方法用的半内腔氦氖激光器的原理图。其中，半内腔激光器由反射镜2，增益管I和反射镜3组成，其中增益管I两端分别固定反射镜2和增透窗片4，谐振腔由反射镜2和3形成。激光器相邻两级纵模vq、vq+1间的频率差即纵模间隔为
[0038]Δ =.^-(I)
[0039]其中c为光速，L为谐振物理腔长。[0040]当在谐振腔内放入双折射元件时，激光器输出的纵模将发生分裂，原先的每一级纵模变成偏振方向相互正交的两个，如图2所示，其中实线和虚线表示不同偏振方向，G为激光器增益曲线。两个分裂模的频率差为
【权利要求】
1.一种激光频率法测量波片相位延迟的装置，其特征在于，包括: 氦氖激光器，所述氦氖激光器包括增益管和独立反射镜，所述增益管的两端分别固定着固定反射镜和增透窗片，所述独立反射镜的反射面与所述增透窗片相对，所述固定反射镜与所述独立反射镜形成所述氦氖激光器的谐振腔，所述独立反射镜的非反射面与压电陶瓷相连； 波片支架，所述波片支架位于所述增透窗片和所述独立反射镜之间，所述波片支架包括平行移动导轨和固定在所述导轨上的至少二维角度调节的调节支架，待测波片和/或附加波片分别放置在所述调节支架上，并使所述待测波片和/或附加波片放在所述调节支架上时面法线相对于所述氦氖激光器的激光轴线倾斜； 光强探测单元，所述光强探测单元设置在所述氦氖激光器的一侧，与所述增益管上的固定反射镜相对，用于对所述氦氖激光器输出的两个正交偏振态光强进行测量； 频差探测单元，所述频差探测单元设置在所述氦氖激光器的另一侧，与所述独立反射镜相对，用于测量所述氦氖激光器输出的两个正交偏振态的激光的频率差； 控制器，所述控制器与所述光强探测单元、所述频差探测单元以及所述压电陶瓷电相连，用于控制测量过程并输出测量结果； 其中，所述光强探测单元包括渥拉斯顿棱镜和第一光电探测器，所述渥拉斯顿棱镜将所述激光器的输出光按正交偏振态分成两束光，所述第一光电探测器设置成分别接收所述两束光； 其中，所述频差探测单元包括偏振片、第二光电探测器和频率计，所述偏振片设置成通光方向分别与所述待测波片的快轴和慢轴成45度夹角，所述第二光电探测器设置成探测所述氦氖激光器输出的两个正交偏振态激光通过所述偏振片后形成的光拍频，所述频率计与所述第二光电探测器的输出端电相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增益管上的增透窗片的面法线相对于所述氦氖激光器输出的激光的轴线的倾斜角度至少为15分。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括补偿模块，所述补偿模块用于根据所述倾斜角度，对所述控制器输出的测量结果进行补偿处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述波片支架上的温度传感器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述增透窗片和所述波片支架之间的孔径光阑。
【文档编号】G01M11/02GK203606105SQ201320548522
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】宋明宇 申请人:北京镭测科技有限公司