波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置和方法

摘要

一种波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置和方法，该装置由准直激光器、圆起偏器、一维光栅、标准四分之一波片、第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜、第三渥拉斯顿棱镜、第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第一双象限探测器、第二双象限探测器、第三双象限探测器、衰减器和信号处理系统组成，本发明能同时且实时地测量波片的相位延迟量和快轴方位角，测量范围大且测量结果不受初始光强波动、衍射效率差异和子光束电路常数差异的影响。

主权项

一种利用波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置测量波片的相位延迟量和快轴方位角的方法，该波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置的构成是：沿准直激光器(1)输出的光束前进方向上，依次是圆起偏器(2)、一维光栅(4)，入射激光束经该一维光栅(4)后形成正一级子光束、零级子光束和负一级子光束，在所述的零级子光束方向依次是标准四分之一波片(5)、第二渥拉斯顿棱镜(6)、第二准直透镜(7)、衰减器(8)和第二双象限探测器(9)，沿所述的负一级子光束的前进方向依次是第一渥拉斯顿棱镜(10)、第一准直透镜(11)和第一双象限探测器(12)，沿所述的正一级子光束的前进方向，依次是第三渥拉斯顿棱镜(13)、第三准直透镜(14)和第三双象限探测器(15)，所述的第一双象限探测器(12)、第二双象限探测器(9)和第三双象限探测器(15)的输出端接信号处理系统(16)，所述的标准四分之一波片(5)的快轴与水平方向成0°夹角；所述的第二渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；在所述的圆起偏器(2)和一维光栅(4)之间设有待测波片插口；其特征在于，该方法包括下列步骤：①将待测的波片(3)插入所述的圆起偏器和所述的一维光栅之间的待测波片的插口中并调整光路；②开启所述的脉冲光强调制的准直激光器，所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器分别探测经过所述的第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜和第三渥拉斯顿棱镜检偏的光束，得到六个包含待测波片相位延迟量和快轴方位角信息的光强信号I_a1、I_a2、I_b1、I_b2、I_c1和I_c2，并将该光强信号相应地转变为电信号，然后将该电信号输入所述的信号处理系统；③当所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角时，所述的信号处理系统进行下列计算：$V_1=\frac{K_1{I}_{a1}-K_1{I}_{a2}}{K_1{I}_{a1}+K_1{I}_{a2}}=\sin \left(\delta \right)\sin \left(2\theta \right),$$V_2=\frac{K_2{I}_{b1}-K_2{I}_{b2}}{K_2{I}_{b1}+K_2{I}_{b2}}=\cos \left(\delta \right),$$V_3=\frac{K_3{I}_{c1}-K_3{I}_{c2}}{K_3{I}_{c1}+K_3{I}_{c2}}=\sin \left(\delta \right)\sin \left(2\theta \right),$其中，K₁和K₃分别为所述的第一双象限探测器和第三双象限探测器所在的电路系数，K₂为所述的第二双象限探测器所在的电路系数与衰减器系数的乘积，再利用V₁、V₂和V₃计算出待测波片的相位延迟量δ在0°～180°间的值和快轴方位角θ在‑90°～90°间的值，即$\delta =\left\{\begin{array}{c}\arcsin \left(\sqrt{{V_1}^2+{V_3}^2}\right),V_2>0.707\\ \arccos (V_2,-0.707)\le V_2\le 0.707\\ 180-\arcsin \left(\sqrt{{V_1}^2+{V_3}^2}\right),V_2<-0.707\end{array}\right.$当所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角时，所述的信号处理系统进行下列计算：$V_1=\frac{K_1{I}_{a1}-K_1{I}_{a2}}{K_1{I}_{a1}+K_1{I}_{a2}}=\sin \left(\delta \right)\sin \left(2\theta \right),$$V_2=\frac{K_2{I}_{b1}-K_2{I}_{b2}}{K_2{I}_{b1}+K_2{I}_{b2}}=\cos \left(\delta \right),$$V_3=\frac{K_3{I}_{c1}-K_3{I}_{c2}}{K_3{I}_{c1}+K_3{I}_{c2}}=\sin \left(\delta \right)\sin \left(2\theta \right),$其中，K₁和K₃分别为所述的第一双象限探测器和第三双象限探测器所在的电路系数，K₂为所述的第二双象限探测器所在的电路系数与衰减器系数的乘积，再利用V₁，V₂和V₃计算出待测波片的相位延迟量δ在0°～180°间的值和快轴方位角θ在‑90°～90°间的值，即$\delta =\left\{\begin{array}{c}\arcsin \left(\sqrt{{V_3}^2+{V_1}^2}\right),V_2>0.707\\ \arccos \left(V_2\right),-0.707\le V_2\le 0.707\\ 180-\arcsin \left(\sqrt{{V_3}^2+{V_1}^2}\right),V_2<-0.707\end{array}\right.$