专利名称：八分之一波片相位延迟量和快轴方位角的测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及八分之一波片，特别是一种八分之一波片相位延迟量和快轴方位角的测量装置和方法。
背景技术：
八分之一波片广泛应用在非线性光学系统、光时复用系统、浸没光刻照明系统、光学传感器、特殊干涉仪、同步移相器等方面。八分之一波片通常被置于反射光路中使两次经过它的线偏振光转换成圆偏振光，其组合通常被置于透射光路中来改变光的偏振态。在八分之一波片的使用过程中，相位延迟量误差严重影响其使用效果，故需要精确地测量其相位延迟量。通常情况下八分之一波片的快轴方位角并未标明，在其使用过程中也需要精确地测量其快轴方位角，以便于其装配、调整。在先技术[1](参见王伟，李国华，吴福全等.测量波片延迟量和快轴方位角的新方法.中国激光，Vol. 30，1121-1123,2003)描述了一种可以测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置，该装置主要由光源、起偏器、检偏器和光电探测器组成。在测量过程中，勻速转动被测八分之一波片并对出射光强进行连续测量，获得出射光强随时间变化的曲线，利用出射光强随时间变化的正弦曲线上的波峰和波谷值来计算出相位延迟量，再利用变化曲线中第一个最大值出现的时间与被测八分之一波片的转动速度来计算出被测八分之一波片的快轴方位角。由于需要连续转动被测八分之一波片，该装置无法实现相位延迟量和快轴方位角的实时测量，且光源的光强波动会影响出射光强随时间变化的曲线， 从而引入较大的测量误差。在先技术[2](参见胡建明，曾爱军，王向朝.基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法.光学学报，26，1681-1686，2006)描述了一种可以测量八分之一波片相位延迟量的装置，该装置主要由光源、光弹调制器、检偏器和光电探测器组成。在测量过程中，首先采用其它方法找到被测八分之一波片的快轴，然后调节被测八分之一波片使其快轴与光弹调制器的振动轴平行，最后利用探测光强的直流分量和基频分量来计算被测八分之一波片的相位延迟量。由于需要利用其它方法确定八分之一波片的快轴，故该装置无法实现相位延迟量和快轴方位角的同时测量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的测量装置和方法，该装置能实时测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角，而且测量结果不受光源光强波动的影响。本发明的技术解决方案如下—种八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的测量装置，其特点在于，该装置由准直光源、圆起偏器、衍射光栅、聚焦透镜、衰减器、检偏器阵列、光电探测器阵列和信号处理系统组成，其位置关系是沿所述的准直光源的光束前进方向上，依次是所述的圆起偏器、衍射光栅、聚焦透镜、衰减器、检偏器阵列、光电探测器阵列，在所述的圆起偏器所述的衍射光栅之间设置待测八分之一波片的插口；所述的衰减器置于所述的衍射光栅产生的零级子光束的前进方向上；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°或者135° ；所述的检偏器阵列由三个结构相同的第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器在同一个平面内直线排列形成，并分别位于所述的衍射光栅所产生的+1级子光束、零级子光束和-1级子光束的方向，所述的第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器的透光轴与所述的圆起偏器中的线起偏器的透光轴所成的角度分别为0°、45°和90° ；所述的光电探测器阵列是由三个结构相同的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器在同一个平面内直线排列形成，并分别置于所述的检偏器阵列的第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器的输出光方向；所述的光电探测器阵列的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器的信号输出端与所述的信号处理系统的输入端相连。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，其衰减系数为衍射光栅产生的一级子光束与零级子光束的强度之比。所述的光电探测器阵列为多个光电探测器形成的组合体或者多元光电探测器，所述的光电探测器为光电二极管、光电三极管、光电倍增管或者光电池。所述的信号处理系统由信号放大电路、信号采集电路和带有数据处理与分析软件的计算机所构成。利用所述的八分之一波片相位延迟量和快轴方位角的测量装置测量八分之一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将待测的八分之一波片插入所述的圆起偏器和所述的衍射光栅之间的待测八分之一波片的插口中并调整光路；②开启准直光源，利用所述的光电探测器阵列的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器分别探测并将所述的检偏器阵列的第一检偏器、第二检偏器和第三检偏器的干涉光强Io、I45和19。转变为电信号，然后将该电信号输入到所述的信号处理系统；③所述的信号处理系统进行下列计算
权利要求
1.一种八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的测量装置，其特征在于，该装置由准直光源(1)、圆起偏器O)、衍射光栅G)、聚焦透镜(5)、衰减器(6)、检偏器阵列(7)、光电探测器阵列(8)和信号处理系统(9)组成，其位置关系是沿所述的准直光源(1)的光束前进方向上，依次是所述的圆起偏器O)、衍射光栅G)、聚焦透镜(5)、衰减器(6)、检偏器阵列(7)、光电探测器阵列(8)，在所述的圆起偏器⑵和所述的衍射光栅⑷之间设置待测八分之一波片( 的插口 ；所述的衰减器(6)置于所述的衍射光栅产生的零级子光束的前进方向上；所述的圆起偏器O)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°或者135° ；所述的检偏器阵列(7)由三个结构相同的第一检偏器(701)、第二检偏器(702)、第三检偏器(703)在同一个平面内直线排列形成，并分别位于所述的衍射光栅(4)所产生的+1 级子光束、零级子光束和-1级子光束的方向，所述的第一检偏器(701)、第二检偏器(702)、 第三检偏器(70 的透光轴与所述的圆起偏器( 中的线起偏器的透光轴所成的角度分别为 0°、45° 和 90° ；所述的光电探测器阵列(8)是由三个结构相同的第一光电探测器(801)、第二光电探测器(802)和第三光电探测器(803)在同一个平面内直线排列形成，并分别置于所述的检偏器阵列(7)的第一检偏器(701)、第二检偏器(702)、第三检偏器(703)的输出光方向；所述的光电探测器阵列⑶的第一光电探测器(801)、第二光电探测器(802)和第三光电探测器(803)的信号输出端与所述的信号处理系统(9)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置，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。
3.根据权利要求1所述的测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置，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，其衰减系数为衍射光栅产生的一级子光束与零级子光束的强度之比。
5.根据权利要求1所述的测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置，其特征在于，所述的光电探测器阵列为多个光电探测器形成的组合体或者多元光电探测器，所述的光电探测器为光电二极管、光电三极管、光电倍增管或者光电池。
6.根据权利要求1所述的测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置，其特征在于，所述的信号处理系统由信号放大电路、信号采集电路和带有数据处理与分析软件的计算机所构成。
7.利用权利要求1所述的实时测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角的装置测量八分之一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将待测的八分之一波片( 插入所述的圆起偏器( 和所述的衍射光栅(4)之间的待测八分之一波片( 的插口中并调整光路；②开启准直光源，利用所述的光电探测器阵列(8)的第一光电探测器(801)、第二光电探测器(80 和第三光电探测器(80 分别探测并将所述的检偏器阵列(7)的第一检偏器(701)、第二检偏器(702)和第三检偏器(703)的干涉光强Ip I45和I9tl转变为电信号，然后将该电信号输入到所述的信号处理系统(9)； ③所述的信号处理系统(9)进行下列计算
全文摘要
一种八分之一波片相位延迟量和快轴方位角的测量装置和方法，该装置由准直光源、圆起偏器、衍射光栅、聚焦透镜、衰减器、检偏器阵列、光电探测器阵列和信号处理系统组成，本发明能实时地测量八分之一波片的相位延迟量和快轴方位角，而且测量结果不受光源光强波动的影响。
文档编号G01M11/02GK102175430SQ20111002749
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者张佩, 曾爱军, 朱玲琳, 肖艳芬, 蔡舒窈, 鲍建飞, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所