扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统及方法与流程

本发明属于精密测试计量技术领域，具体涉及一种扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统及方法。

背景技术：

在精密测试计量技术领域，偏振光技术应用非常广泛，然而在应用过程中，对于经过扩束后线偏振光光轴的一致性、稳定性不明确，从而影响了最终的测量精度及其应用。

目前，应用线偏振光技术进行精密测量时，是将线偏振光作为基准来检测目标相对于该基准的微小偏移量，或是根据偏振光经过目标后的状态变化对目标进行测量。所以，扩束后线偏振光的性能对于测量非常关键，其光轴的一致性、稳定性将直接影响到测量的精度。

技术实现要素：

为了解决现有的线偏振光技术无法对其光轴一致性和稳定性进行精确检测的技术问题，本发明提供一种扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统及方法

本发明的技术解决方案是：一种扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统，其特殊之处在于：包括检测装置、经纬仪和基准平面镜；所述经纬仪用于准直检测装置和基准平面镜；

所述检测装置包括固定机构、旋转机构、检测机构和调平机构；所述检测机构通过旋转机构安装于固定机构上，所述固定机构通过调平机构安装于一个分度台上；

所述检测机构包括检测直角棱镜和光电接收组件；所述检测直角棱镜用于引出被检测偏振光光轴方位，所述光电接收组件用于检测偏振光方位并将光信号转换为电信号。

进一步地，上述光电接收组件包括检偏镜和与检偏镜相连的光电转换电路板。

进一步地，上述旋转机构包括竖直设置于检测机构和固定机构之间的密珠轴系以及与密珠轴系相适配的锁紧微调旋钮。

进一步地，上述调平机构包括位于固定机构底部的调平脚螺和位于检测机构上的调平指示水泡。

本发明还提供一种扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)将检测装置置于调平后的分度台上，使经过扩束后的被检线偏振光中心对准检测装置的通光孔并将检测装置调平，将此位置记为中心位置i；执行步骤2)至步骤4)得到被检线偏振光在中心位置i处的光轴稳定度δi以及被检线偏振光在中心位置i处的光轴与基准平面镜的方位夹角αi；然后执行步骤5)；

2)转动检测装置的旋转机构，使检测装置上检偏镜的透光轴与被检线偏振光光轴成90°夹角(即检偏镜光轴相对被检测线偏振光光轴的消光位置)，并锁紧旋转机构的锁紧微调旋钮；使用经纬仪对检测装置旁边的基准平面镜进行准直测量，记录此时经纬方位值为α基准p，其中p代表不同的位置；经纬仪准直检测装置上检测直角棱镜的方位值为β1；

3)保持检测装置、基准平面镜及经纬仪位置不变，将旋转机构转动一定角度后再使检测装置上检偏镜的透光轴与被检线偏振光光轴成90°夹角，将锁紧旋钮锁紧，经纬仪准直检测装置上检测直角棱镜方位值为β2；

4)重复执行步骤3)得到多个检测直角棱镜方位值β3、β4……βn；按照公式(1)计算得到被检线偏振光在位置p处的光轴稳定度δp，按照公式(2)计算得到被检线偏振光在位置p处的光轴与基准棱镜的方位夹角αp；

5)得到被检线偏振光在中心位置i处的光轴稳定度δi以及被检线偏振光在中心位置i处的光轴与基准平面镜的方位夹角αi；

6)保持基准平面镜位置不变，将检测装置相对于中心位置i平移距离d，然后将检测装置调平，将此位置记为位置ii；执行步骤2)至步骤4)得到被检线偏振光在位置ii处的光轴稳定度δii以及被检线偏振光在位置ii处的光轴与基准平面镜的方位夹角αii；被检线偏振光在位置ii处相对于中心位置i的光轴一致度为αii-αi；

7)设定转动次数m，m为大于或等于6的整数；

8)保持检测装置和基准平面镜的位置不变，沿逆时针方向将分度台转动角度θ，然后将检测装置调平；其中，θ＝360°/m；将此位置记为位置iii；执行步骤2)至步骤4)得到被检线偏振光在位置iii处的光轴稳定度δiii以及被检线偏振光在位置iii处的光轴与基准棱镜的方位夹角αiii；被检线偏振光在位置iii处相对于中心位置i的光轴一致度为αiii-αi；

9)重复执行m-2次步骤7)，分别得到被检线偏振光在位置p处的光轴稳定度δp以及被检线偏振光在位置p处的光轴与基准棱镜的方位夹角αp；被检线偏振光在位置p处相对于中心位置i的光轴一致度为αp-αi；其中，p依次取值iv、v、vi、vii……。

较佳地，步骤6)中的距离d为线偏振光扩束后在检测位置处的光斑直径的1/2。

较佳地，步骤7)中的转动次数m为6、8、9、10或者12。

较佳地，上述扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测方法还包括检测扩束线偏振光的光斑均匀度的步骤：在每个检测位置执行完步骤2)后，通过检测装置上的信号引出端将光电转换后的信号输出至示波器，观察并记录该位置的信号幅值；其中，中心位置i处的信号幅值为vi，位置p处的信号幅值为vp，p依次取值ii、iii、iv、v……；在位置p处，扩束线偏振光的光斑均匀度为(vi-vp)/vi。

本发明的有益效果在于：采用本发明提供的扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统及方法可以对经过扩束后线偏振光光轴的一致性和稳定性进行准确量度，提高了线偏振光技术的测量精度。

附图说明

图1为本发明扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统的工作状态示意图。

图2为本发明检测装置的较佳实施例结构示意图。

其中，附图标记如下：1-检测直角棱镜，2-通光孔，3-光电接收组件，4-检测机构，5-调平指示水泡，6-锁紧微动旋钮，7-固定机构，8-密珠轴系，9-调平脚螺，10-检测装置，11-经纬仪，12-基准平面镜。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测系统，该系统主要包括检测装置、经纬仪和基准平面镜。

其中，检测装置主要包括固定机构、旋转机构、检测机构和调平机构；固定机构通过调平机构安装于一个分度台上，检测机构通过旋转机构安装于固定机构上。

参见图2，检测机构4包括检测直角棱镜1、通光孔2、光电接收组件3。旋转机构包括竖直设置于检测机构4和固定机构7之间的密珠轴系8以及与密珠轴系8相适配的锁紧微动机构6。调平机构包括位于固定机构7底部的调平脚螺9和位于检测机构上的调平指示水泡5。

检测装置位于被检测扩束线偏振光的光路中，保证偏振光能够垂直入射检测装置的通光孔；经纬仪位于检测装置正前方，保证其能够准直到检测装置上检测直角棱镜；基准平面镜位于检测装置与经纬仪之间侧向某一固定位置，保证经纬仪能够在同一位置以两个不同的角度分别准直到检测装置和基准平面镜。

使用本发明提供的检测系统进行扩束线偏振光光轴一致性、稳定性检测的方法主要包括以下步骤：

1)将检测装置置于调平后的分度台上，使经过扩束后的被检线偏振光中心对准检测装置的通光孔并将检测装置调平，将此位置记为中心位置i；

2)转动检测装置的旋转机构，使检测装置上检偏镜的透光轴与被检线偏振光光轴成90°夹角，并锁紧旋转机构的锁紧旋钮；使用经纬仪对检测装置旁边的基准平面镜进行准直测量，记录此时经纬方位值为α基准p，其中p代表不同的位置；经纬仪准直检测装置上检测直角棱镜方位值为β1；

3)保持检测装置、基准平面镜及经纬仪位置不变，将旋转机构转动一定角度后再使检测装置上检偏镜的透光轴与被检线偏振光光轴成90°夹角，将锁紧旋钮锁紧，经纬仪准直检测装置上检测直角棱镜方位值为β2；

4)重复执行步骤3)得到多个检测直角棱镜方位值β3、β4……βn；按照公式(1)计算得到被检线偏振光在位置p处的光轴稳定度δp，按照公式(2)计算得到被检线偏振光在位置p处的光轴与基准棱镜的方位夹角αp；

5)得到被检线偏振光在中心位置i处的光轴稳定度δi以及被检线偏振光在中心位置i处的光轴与基准平面镜的方位夹角αi；

6)保持基准平面镜位置不变，将检测装置相对于中心位置i平移60mm，然后将检测装置调平，将此位置记为位置ii；执行步骤2)至步骤4)得到被检线偏振光在位置ii处的光轴稳定度δii以及被检线偏振光在位置ii处的光轴与基准平面镜的方位夹角αii；被检线偏振光在位置ii处相对于中心位置i的光轴一致度为αii-αi；

7)设定转动次数m，m为大于或等于6的整数；如果转动次数设定过低，则难以保证检测结果的准确性；如果转动次数设定过高，则会降低检测效率。为了便于计算转动角度和便于控制分度台进行旋转操作，应当合理设定转动次数，尤其是以转动操作依照圆周等分点为佳，例如6、8、9、10或者12等。较为优选的，本实施例中将转动次数设定为6次。

8)保持检测装置和基准平面镜的位置不变，沿逆时针方向将分度台转动角度60°，然后将检测装置调平；将此位置记为位置iii；执行步骤2)至步骤4)得到被检线偏振光在位置iii处的光轴稳定度δiii以及被检线偏振光在位置iii处的光轴与基准棱镜的方位夹角αiii；被检线偏振光在位置iii处相对于中心位置i的光轴一致度为αiii-αi；

9)重复执行4次步骤7)，分别得到被检线偏振光在位置p处的光轴稳定度δp以及被检线偏振光在位置p处的光轴与基准棱镜的方位夹角αp；被检线偏振光在位置p处相对于中心位置i的光轴一致度为αp-αi；其中，p依次取值iv、v、vi、vii。

通过本发明提供的检测装置，还可以对扩束线偏振光光斑均匀度进行检测。具体方法是：在每个检测位置执行完步骤2)后，通过检测装置上的信号引出端将光电转换后的信号输出至示波器，观察并记录该位置的信号幅值；其中，中心位置i处的信号幅值为vi，位置p处的信号幅值为vp，p依次取值ii、iii、iv、v……；在位置p处，扩束线偏振光的光斑均匀度为(vi-vp)/vi。