可溯源测量任意波片位相延迟的方法和装置

摘要

本发明公开了一种可以测量包括半波片和全波片在内的任意波片位相延迟的方法及装置。其特征在于针对不同位相延迟范围的波片分别采用纵模直读法，附加波片产生位相偏置法和频率分裂法进行测量，从而克服了基于频率分裂测量波片位相延迟的方法不能对半/全波片进行测量的缺陷。同时为提高测量精度，本发明针对测量时波片安装倾斜，激光器腔内残余应力引起的各向异性等所产生的系统误差分别进行了补偿处理。本发明在一套系统实现对任意波片位相延迟的测量，具有测量精度高、简单易行、成本低的优点，并通过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方法提供参考基准。

主权项

1、一种可溯源测量任意波片位相延迟的方法，其特征在于包括下列步骤：步骤a)将待测波片放入氦氖激光器的谐振腔内，使所述待测波片的快慢轴之一平行于激光初始偏振方向，并使所述待测波片的面法线沿慢轴方向相对于激光轴线倾斜，采用非接触法测量所述波片面法线沿同所述激光轴线成的倾斜角大小；步骤b)在未计入所述激光谐振腔内残余应力引起的各向异性对所述待测波片测量结果的影响时，调谐所述激光器的腔长，如果没有出现模式跳变现象，则测量同级分裂模频差和相邻级分裂模频差，将所述同级分裂模频差和所述相邻级分裂模频差相加，并且步骤b-1)如果所述相加结果约为一倍纵模间隔大小，则用频率分裂法测量所述待测波片位相延迟，计算公式为：$\phi =\frac{\mathrm{\Delta v}}{\mathrm{\Delta v}+\Delta v^{\prime }}\pi ,$ 其中φ为所述待测波片的位相延迟，Δv为所述激光器同级分裂模频差，Δv′为所述激光器相邻级分裂模频差；步骤b-2)如果所述相加结果约为两倍纵模间隔大小，则采用纵模直读法测量所述待测波片位相延迟，计算公式：半波片为$\phi =\pi *(1\pm |\frac{{\Delta }_1-{\Delta }_2}{{\Delta }_1+{\Delta }_2}\left|\right),$ 全波片为$\phi =\pi *(2\pm |\frac{{\Delta }_1-{\Delta }_2}{{\Delta }_1+{\Delta }_2}\left|\right),$ 其中为所述待测波片的位相延迟，Δ1为所述激光器连续三个纵模形成的两相邻级纵模间隔中的一个，Δ2为所述激光器连续三个纵模形成的两相邻级纵模间隔中的另一个；步骤c)如果步骤b)中出现模式跳变现象，则用附加波片代替所述待测波片按步骤a)的方法放入所述激光谐振腔，采用步骤b-1)所述频率分裂法测量所述附加波片的位相延迟；再将所述待测波片也按步骤a)的方法放入激光谐振腔，并使所述待测波片的快轴方向平行于所述附加波片的快轴，采用步骤b-1)所述频率分裂法测量所述待测波片与所述附加波片共同作用下的位相延迟；并所述共同作用下的位相延迟减去所述附加波片的位相延迟，从而得到所述待测波片的位相延迟；步骤d)取回并所述待测波片并测量厚度，根据步骤a)中测得的所述待测波片面法线沿慢轴方向同所述激光轴线成的倾斜角大小，计算所述待测波片倾斜后引起的测量结果修正值，计算公式：${\mathrm{\Delta \phi }}_a=\frac{\mathrm{\pi d}}{\lambda }[1/\cos {(\theta /n)}^{-1}](n_e-n_o),$ 其中Δφa为所述修正值，θ为所述待测波片面法线沿慢轴方向同所述激光轴线成的倾斜角的大小，n为所述待测波片平均折射率，ne，no为所述待测波片两个主折射率，d为所述待测波片厚度，λ为激光波长；然后从步骤b)或c)中得到的所述待测波片的测量结果中减去所述修正值以补偿所述倾斜角引起的系统误差。