專利名稱：：單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種測量不同波長相位延遲器件的方法及其系統(tǒng)，特別是涉及一種利用單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的方法及其系統(tǒng)，屬于光學(xué)測量
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：相位延遲量作為相位延遲器件的重要參數(shù)，其測量準(zhǔn)確度直接影響到應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量，并且隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，人們對波片的加工和測量精度都提出了更高的要求，例如空間太陽望遠(yuǎn)鏡(SST)的偏振測量精度已經(jīng)要求能夠達(dá)到10—4以上。因此，提高相位延遲量的測量準(zhǔn)確度對于設(shè)計(jì)和研制高精度相位延遲器件及系統(tǒng)具有十分重要的意義。目前有很多測量波片相位延遲量的方法，例如分束差動測量法、光譜掃描法、光強(qiáng)法、調(diào)制法等。例如采用分束差動自動測量(郝殿中，宋連科，波片相位延遲的分束差動自動測量，光電子.激光，16(5)，2005:601-604);采用計(jì)算波片相位延遲量來進(jìn)行精密測量的技術(shù)(徐文東，李錫善，波片相位延遲量精密測量新方法，光學(xué)學(xué)報(bào)，1994，14(10)，1096—1101)等現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足是1、采用分束差動測量法時(shí)需測量出現(xiàn)極值點(diǎn)時(shí)補(bǔ)償器件的轉(zhuǎn)角，再轉(zhuǎn)換為相關(guān)的相位信息，測量誤差大，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，儀器成本高；2、采用光強(qiáng)法時(shí)，如波片相位延遲的分束差動自動測量系統(tǒng)，在未加調(diào)制的情況下直接測量直流暗點(diǎn)的光強(qiáng)，由于測量的是光強(qiáng)的絕對值，光源的波動及背景光的影響對測量結(jié)果影響很大，測量精度低；3、采用光譜掃描法時(shí)需從光譜曲線的極值測定相位延遲量，對單色儀的光譜精度要求高。4、采用調(diào)制法測量時(shí)，如上述波片相位延遲量精密測量系統(tǒng)加入了可旋轉(zhuǎn)的機(jī)械一光學(xué)旋光調(diào)制器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝調(diào)要求高，誤差較大。5、大部分方法的測量結(jié)果受到儀器準(zhǔn)直、共軸等裝調(diào)誤差的影響很大；6、大多數(shù)方法由于器件的基本參數(shù)都與波長有關(guān)，因而不適于多波長測量或消色差波片的測量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的方法及其系統(tǒng)，本發(fā)明為一種光電混和系統(tǒng)，可用于對波片等光學(xué)延遲器件的相位延遲進(jìn)行精密測量，也可用于產(chǎn)生任意的光學(xué)相位延遲量。該發(fā)明的獨(dú)特性在于能夠?qū)鈱W(xué)相位延遲量進(jìn)行直接量的測量，和其他通過間接量轉(zhuǎn)換的測量方法相比有其明顯的優(yōu)勢。采用光調(diào)制方式測量消光位置，提高了信噪比，使測量精度大為改善。同時(shí)該發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)了角度的精確測量，消除了因刻度不精確、目視讀數(shù)誤差等不利因素對實(shí)驗(yàn)操作的影響。根據(jù)A7^(;i)Aw(;i)tana二;i可以看出，當(dāng)補(bǔ)償量為2兀時(shí)，對于確定的補(bǔ)償器來說，補(bǔ)償器楔角oc為一常量，AL2ffU》An(A)與波長入應(yīng)為正比關(guān)系，是一條直線；本發(fā)明采用該系統(tǒng)測量波長分別為808nm、632.8nm、532nm、473nm的激光器得到一條儀器常數(shù)曲線，利用該曲線能夠采用一種波長的激光器測量各種不同波長的波片，通過換算得到很高的測量精度，這樣能夠有利于產(chǎn)品向集成化、小型化、高精度、多功能方向發(fā)展。整個(gè)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的要求不高，操作簡單，易于產(chǎn)品化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的方法，其步驟為-1)將激光光源發(fā)出的光分為兩束，一束依次經(jīng)過起偏器、光調(diào)制器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器后由結(jié)果顯示單元顯示輸出結(jié)果；另一束輸出至激光單色儀用于測量光源的波長入；2)調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器，記錄該相位補(bǔ)償器對該波長入光源相位補(bǔ)償量為2;r時(shí)的平移量al^(;d;3)更換步驟1)中的激光光源，重復(fù)步驟2)，得到一組不同波長光源各自所對應(yīng)的平移量al^(;i);4)根據(jù)測量得到的光源波長和平移量數(shù)據(jù)，建立一光源波長和對應(yīng)平移量的擬和曲線；5)將中心波長為&的待測相位延遲器加入到所述光調(diào)制器與所述相位補(bǔ)償器之間的光路中；6)任選一波長激光光源，調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器，記錄滿足完全補(bǔ)償條件時(shí)相位補(bǔ)償器的補(bǔ)償距離AL;7)根據(jù)所述擬和曲線和補(bǔ)充距離AL計(jì)算所述待測相位延遲器的相位延遲量&。進(jìn)一步的，當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向垂直時(shí)，根據(jù)公式《=27^計(jì)算AZ2jr(A)所述相位延遲量，其中AZ^(;g為所述擬和曲線中波長A所對應(yīng)的平移量。進(jìn)一步的，當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向平行時(shí)，根據(jù)公式2;rAI2jr(;i0)1AI2計(jì)算所述相位延遲量，其中AL^(^)為所述擬和曲線中波長;^所對應(yīng)的平移量。進(jìn)一步的，所述波長入光源相位補(bǔ)償量為27i時(shí)的平移量AL^(;i)的測量方法為調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器，記錄結(jié)果顯示單元第一次出現(xiàn)消光到第三次出現(xiàn)消光中間時(shí)相位補(bǔ)償器的平移量AL，將其作為該波長光源的AI^(;i)。進(jìn)一步的，當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向垂直時(shí)，所述完全補(bǔ)償條件為A^=《+《=0，當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向平行時(shí)，所述完全補(bǔ)償條件為《+《=;r;所述補(bǔ)償距離AZ為所述結(jié)果顯示單元出現(xiàn)消光時(shí)所述相位補(bǔ)償器的平移量。進(jìn)一步的，所述結(jié)果顯示單元出現(xiàn)消光的實(shí)現(xiàn)方法為首先給所述光調(diào)制器加上調(diào)制信號，使出射光兩個(gè)正交偏振態(tài)的相位延遲產(chǎn)生交流變化；然后結(jié)果顯示單元對接收的信號進(jìn)行濾波處理，將直流零點(diǎn)的測量轉(zhuǎn)換為交流零點(diǎn)的測量；最后調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器。進(jìn)一步的，所述光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器的角度旋轉(zhuǎn)操作時(shí)分別由一旋轉(zhuǎn)編碼器檢測。一種單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的系統(tǒng)，其包括激光光源、光分束器、起偏器、光調(diào)制器、調(diào)制信號源、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器、結(jié)果顯示單元和激光單色儀；其特征在于所述激光光源經(jīng)所述光分束器分為兩束，一束依次經(jīng)過所述起偏器、光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器后由結(jié)果顯示單元顯示輸出結(jié)果；另一束輸出至激光單色儀；所述調(diào)制信號源與所述光調(diào)制器通過信號線連接。進(jìn)一步的，所述光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器的角度旋轉(zhuǎn)操作時(shí)分別由一旋轉(zhuǎn)編碼器檢測；所述光調(diào)制器或待測相位延遲器或相位補(bǔ)償器位于一晶體座中，且通過所述晶體座與所述旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)一體連接，所述晶體座安裝于一固定底座中，所述固定底座與所述旋轉(zhuǎn)編碼器的本體一體連接。進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)編碼器為空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器，其與所述晶體座為軸孔抱緊實(shí)現(xiàn)一體連接，所述旋轉(zhuǎn)編碼器的本體與所述固定底座之間采用板彈簧實(shí)現(xiàn)一體連接；所述光調(diào)制器為KD4P晶體電光調(diào)制器，調(diào)制方式為縱向調(diào)制，所述調(diào)制信號源為正弦調(diào)制信號；所述相位補(bǔ)償器為索累補(bǔ)償器，所述索累補(bǔ)償器的入射面晶體楔裝有微動螺旋，通過調(diào)節(jié)所述微動螺旋使之相對入射面做平行移動。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的光調(diào)制加光學(xué)補(bǔ)償方案實(shí)際上進(jìn)行的是相位延遲的直接測量，和其他通過間接量轉(zhuǎn)換的測量方法相比，測量精度有明顯的優(yōu)勢。且方案中通過使用調(diào)制偏振光進(jìn)行消光點(diǎn)判斷，使用索累(Soleil)補(bǔ)償器進(jìn)行相位補(bǔ)償，將調(diào)制和補(bǔ)償兩種作用方式分開處理，消除了相互干擾帶來的測量結(jié)果不穩(wěn)定的問題。系統(tǒng)的綜合測量精度達(dá)到i/300(對632.8nm波長)，重復(fù)精度在0.3%以內(nèi)。2.測量系統(tǒng)充分發(fā)揮了調(diào)制偏振光的優(yōu)越性，把直流零點(diǎn)(正交暗場)的測量，轉(zhuǎn)換為交流零點(diǎn)的測量。加上窄帶選頻放大器，得到非常高的信噪比。3.本發(fā)明采用索累(Soleil)補(bǔ)償器，即使存在補(bǔ)償器快慢軸和《，;;軸不重合，和測量光束不垂直等情況，通過測量之前的定標(biāo)，這些誤差對測量結(jié)果均不產(chǎn)生影響，提高了測量的準(zhǔn)確性，也降低了安裝定位的難度。補(bǔ)償器能夠提供02;r范圍內(nèi)任意的相位延遲，因此適用于l/2波片、l/4波片等標(biāo)準(zhǔn)波片及各種非標(biāo)準(zhǔn)波片等多種波片相位延遲量的測量。4.本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測光調(diào)制器、待測相位延遲器和相位補(bǔ)償器的角度旋轉(zhuǎn)操作，避免了因刻度盤的刻度不準(zhǔn)確以及人為讀數(shù)誤差等不利因素的存在，并使操作變得更簡單直觀。根據(jù)上述方案制成的光學(xué)相位延遲精密測量系統(tǒng)，可用于對光學(xué)延遲器的相位延遲進(jìn)行精密測量，也可用于產(chǎn)生任意的光學(xué)相位延遲量，擴(kuò)展后還可進(jìn)行厚度、方位角、折射率等幾何量和物理量的測量，以及對索累(Soleil)補(bǔ)償器進(jìn)行標(biāo)定。該發(fā)明測量精度高，對實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境的要求不高，操作簡單，易于產(chǎn)品化。圖1、本發(fā)明原理其中L一激光器、BS—光分束器、SP—激光單色儀、P—起偏棱鏡、E—光調(diào)制器、M—調(diào)制信號源、S—待測相位延遲器、C—索累(Soldl)補(bǔ)償器、A—檢偏棱鏡、D—光探測器、P/0—信號處理電路和結(jié)果輸出單元圖2、本發(fā)明中系統(tǒng)的方位坐標(biāo)規(guī)定圖示；圖3、索累(Soleil)補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)圖4、旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖5、KX^P調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)立體結(jié)構(gòu)前視圖6、KD+P調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)立體結(jié)構(gòu)后視圖7、空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器；圖8、KD*P晶體安裝結(jié)構(gòu)示意圖9、儀器常數(shù)擬合曲線；圖10、折射率差隨波長不同的變化曲線。其中l(wèi)一旋轉(zhuǎn)軸、2—光柵盤、3—接受元件、4一狹縫、5—發(fā)光元件、6—后端調(diào)節(jié)鈕、7—KD*P、8—固定底座、9—前端調(diào)節(jié)鈕、IO—手輪、ll一旋轉(zhuǎn)編碼器本體、12—旋轉(zhuǎn)座、13—微調(diào)絲桿、14一連接板彈簧、15—固緊螺釘、16—旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)子固定環(huán)、17—旋轉(zhuǎn)編碼器、18—KX^P晶體座、19—編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案及其技術(shù)特征。圖l是本發(fā)明的原理圖。系統(tǒng)包括激光器L、光分束器BS、激光單色儀SP、起偏棱鏡P、光調(diào)制器E、調(diào)制信號源M、待測相位延遲器S、索累(Soleil)補(bǔ)償器C、檢偏棱鏡A、光探測器D、信號處理電路和結(jié)果輸出單元P/0。沿z軸方向激光器發(fā)出的光經(jīng)光分束器分為兩束，一束至激光單色儀測量激光的光譜值，另一束依次經(jīng)過起偏棱鏡、光調(diào)制器、待測相位延遲器、索累(Soleil)相位補(bǔ)償器、檢偏棱鏡、光探測器、信號處理電路后由結(jié)果輸出單元顯示輸出結(jié)果，調(diào)制信號源與光調(diào)制器通過信號線連接。系統(tǒng)的方位坐標(biāo)規(guī)定為光束傳播方向?yàn)閦軸，起偏器P、檢偏器A的偏振方向沿x軸，光調(diào)制器E加電后的感生軸《,;/方向和待測相位延遲器S及補(bǔ)償器C的快慢軸方向一致，和x軸成45度角(見圖2)。激光器L輻射的激光束通過起偏棱鏡P變成線偏振光，射入光調(diào)制器E。光調(diào)制器可采用電光、磁光或聲光等調(diào)制方式，由調(diào)制信號源M加正弦電壓，其出射光兩個(gè)正交偏振態(tài)的相位延遲將受到外加電壓信號的調(diào)制，形成交流變化。調(diào)制器的出射偏振光經(jīng)過待測相位延遲器S，其偏振態(tài)中加上了待測器件的相位延遲，再射入索累(Soleil)補(bǔ)償器C。索累(Soleil)補(bǔ)償器的作用類似于一個(gè)相位延遲量連續(xù)可調(diào)的零級波片。通過調(diào)節(jié)索累(Soldi)補(bǔ)償器，可獲得任意的相位延遲。從補(bǔ)償器出射的光束再通過檢偏棱鏡A，從而使偏振光相位的變化轉(zhuǎn)換為檢偏器出射光束的能量變化。在平行模式下，出射光束的光強(qiáng)可表達(dá)為=々cosV2=A)—osin(1)2z其中&,&,&分別為光調(diào)制器E、待測相位延遲器S和索累(Soldi)補(bǔ)償器C的相位延遲，A為入射光強(qiáng)。檢偏器的出射光由光探測器D接收，并經(jīng)過信號處理電路的濾波放大等處理后，結(jié)果顯示在示波器O上。若不加調(diào)制信號，即^=0時(shí)，當(dāng)待測器件的相位延遲和補(bǔ)償器的相位延遲之和等于:r時(shí)，即^+^-;r，從檢偏器中出射的光能量為零，這稱為完全補(bǔ)償，也叫消光位置。通過調(diào)節(jié)索累(Soldi)補(bǔ)償器，尋找消光位置。在該位置由補(bǔ)償器的相位延遲Se即可得到待測器件的相位延遲量S產(chǎn)7t-Se。本發(fā)明利用對偏振光進(jìn)行光調(diào)制加光學(xué)補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行待測器件光學(xué)相位延遲的精密測量。在待測器件光學(xué)相位延遲的測量中，需要進(jìn)行消光位置的判斷，即尋找輸出光強(qiáng)為零的位置，該位置可稱為輸出光強(qiáng)的直流零點(diǎn)。由于外加雜散光的影響及功率計(jì)本身響應(yīng)范圍的限制，直流零點(diǎn)難以準(zhǔn)確測定。本發(fā)明采用光調(diào)制的方式，在調(diào)制器上加上一定頻率的正弦調(diào)制信號，則光調(diào)制器產(chǎn)生的相位延遲為^二《sin^，其中，K為常數(shù)，w為調(diào)制信號頻率；在平行模式下測量時(shí)，輸出光強(qiáng)相應(yīng)地變?yōu)?A—/nsin~^-^+—sin欲■22J(2)=1+cos(&(K)+2]￡(《)cos(2w欲)2I=，-sin(<5s+5C)|2藝^2"一(A")cos(2w—1—當(dāng)完全補(bǔ)償時(shí)，上式大括號中第三項(xiàng)為0，即信號中的奇次諧波分量消失，只剩下偶次諧波成分，這就是輸出光強(qiáng)的交流零點(diǎn)。由于高階分量值很小，處理時(shí)通?？珊雎缘舾唠A偶次諧波，只留下二次諧波，使完全補(bǔ)償條件變?yōu)樾盘栔械乃衅娲沃C波分量消失，只剩下二次諧波分量。信號處理電路檢測出射信號的頻譜，當(dāng)基頻分量消失的位置即為消光位置。利用這一特性，把直流零點(diǎn)的測量轉(zhuǎn)換為交流零點(diǎn)的測量，根據(jù)檢測出的二倍頻成分，從而準(zhǔn)確判斷消光位置，實(shí)現(xiàn)高精度測量。由于信號源的頻率非常穩(wěn)定，測量系統(tǒng)加上窄帶選頻放大器，得到非常高的信噪比，使消光位置的判斷精度大大提高。本發(fā)明中，通過調(diào)節(jié)索累(Soldi)補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)相位的光學(xué)補(bǔ)償。索累(Soldi)補(bǔ)償器的作用類似于一個(gè)相位延遲量可調(diào)的零級波片。由成對的晶體楔A和A'與一塊平行晶片B組成。A和A，兩光軸都平行于折射棱邊，晶體楔A可用微動螺旋使之做平行移動，平行晶片B的光軸與晶體楔A垂直(見圖3)。當(dāng)晶體楔A平移時(shí)，在它們?nèi)佑|的全部區(qū)域內(nèi)，兩晶體楔的總厚度在增減，A和A'形成一個(gè)厚度可變的石英片，可以使這個(gè)厚度和下面薄片的厚度之間產(chǎn)生任意的差值，從而使o光和e光之間產(chǎn)生02;r范圍內(nèi)任意的相位延遲。光通過補(bǔ)償器后產(chǎn)生的相位延遲量正比于厚度改變量M，也正比于晶體楔的平移量AZ。相位延遲和平移量之間的比例系數(shù)和光源波長有關(guān)，在測量前應(yīng)先對補(bǔ)償器線性定標(biāo)。測量時(shí)只需讀出消光點(diǎn)索累(Soleil)補(bǔ)償器的平移量即可根據(jù)定標(biāo)系數(shù)得到對應(yīng)的相位延遲量，操作簡單方便，結(jié)果穩(wěn)定。對所述光調(diào)制器E、待測相位延遲器S和相位補(bǔ)償器C的角度旋轉(zhuǎn)操作時(shí)由旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)測(見圖4)，可以直接通過數(shù)字顯示表讀數(shù)，其每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)為5000P/r，最小靈敏度為1.08分。圖5是KX^P調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)立體結(jié)構(gòu)前視圖，圖6為KJ^P調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)立體結(jié)構(gòu)后視圖，本發(fā)明選用的是空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器，它本身是由編碼器本體、編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)及固定環(huán)組成(如圖7)。編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)與編碼器本體之間可以同軸相對轉(zhuǎn)動。而光調(diào)制器的關(guān)鍵部件是一個(gè)KX^P晶體，此晶體加電后可以對線偏振光實(shí)現(xiàn)調(diào)制。晶體被包容在晶體座中，并通過固定底座固定在光路系統(tǒng)中，且晶體座與固定底座之間可以相對旋轉(zhuǎn)，編碼器的加入實(shí)現(xiàn)晶體座相對固定座旋轉(zhuǎn)時(shí)有精確的角度輸出(如圖8)。固定底座的設(shè)計(jì)要求是實(shí)現(xiàn)KJ^P晶體的晶軸方向與系統(tǒng)光軸的方向一致、可以與編碼器本體聯(lián)成一體(有板彈簧安裝孔，編碼器本體與固定底座之間采用板彈簧連接，可以防止本體沿徑向移動，但能緩沖一定的軸向位移；)，晶體座的設(shè)計(jì)要求是實(shí)現(xiàn)IO^P晶體的位置調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)晶體繞光軸旋轉(zhuǎn)以及可以與編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)聯(lián)成一體(由長伸出軸與轉(zhuǎn)動環(huán)抱緊，即旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)與晶體座為軸孔抱緊連接，且由固緊螺釘固死)。通過旋動調(diào)節(jié)鈕能調(diào)節(jié)KD+P晶體的位置，使其電場的感生軸《，;/方向與起偏器P、檢偏器A的偏振方向(x軸)成45度。旋轉(zhuǎn)手輪，能轉(zhuǎn)動KD*P及旋轉(zhuǎn)編碼器的心軸，并通過與編碼器相連的數(shù)顯表精確讀數(shù)。待測相位延遲器和相位補(bǔ)償器的原理同上。后續(xù)信號處理電路部分，使用了兩級濾波器來降低信號中的噪聲和二次諧波干擾。首先，光電二極管將光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)靜電流放大器放大至峰-峰值2.5V左右的電壓信號。后送經(jīng)由MAX274芯片搭建的帶通濾波器，其主要目的是濾除噪聲、工頻干擾及其他無效信號，帶通濾波器的中心頻率需調(diào)至與光信號頻率相吻合。經(jīng)帶通濾波后，信號中還存在幅值較高的二次諧波信號，為進(jìn)一步抑制二次諧波，使用了MAX274芯片搭建的帶阻濾波器進(jìn)行進(jìn)一步的信號處理，帶阻濾波器的中心頻率為光信號頻率的二倍。采用圖1所示系統(tǒng)測量相位延遲時(shí)通過補(bǔ)償器產(chǎn)生的相位延遲量為2乂i3C=——(ne—n。)tana,AL(3)義其中n。和rie分別為晶體發(fā)生雙折射o光和e光對應(yīng)的主折射率，oc為補(bǔ)償器楔角，A為光源波長。上式說明光通過補(bǔ)償器后產(chǎn)生的相位延遲量正比于補(bǔ)償器的平移量AL，當(dāng)&=2"時(shí)，可以得到AL2;r(/l)Aw(A)tanQr=/1(4)采用波長分別為808nm、632.8nm、532nm、473nm的激光器對系統(tǒng)進(jìn)行測量，即操作上從示波器的交流信號第一次出現(xiàn)消光到第三次出現(xiàn)消光中間的AL作為該波長光源的AL27t，第一次消光位置對應(yīng)于^=0，第二次消光位置對應(yīng)于&="，第三次消光位置對應(yīng)于^=2^，其中第二次消光位置具有很強(qiáng)的噪聲。測量結(jié)果如表l所示表l、不同波長光源對應(yīng)的單位長度平移量<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>根據(jù)測量結(jié)果得到一條擬合的曲線(見圖9)。從擬合的曲線中可以看到，Ai^A"(i)tan(x與輸入波長入的關(guān)系近似為一條直線。其中A丄h是上述精密測量得到的補(bǔ)償量為2n時(shí)的儀器常數(shù)，A"(;i)="e-"。為折射率差，隨波長不同發(fā)生改變(可以通過查詢參考書籍和資料獲得)，見表2和圖10。表2石英晶體折射率表義"o"eReferences0.3403651.567471.577385ImpexHighTechGmbH0.4046561.5571561.56671ImpexHighTechGmbH0.41021.5565021.566031MolTechGmbH0.4678151.5510271.560368ImpexHighTechGmbH0.5085821.5482291.557475ImpexHighTechGmbH0.5460721.5461741.555350ImpexHighTechGmbH0.627821.5428191.551880ImpexHighTechGmbH0.706521.5404881.549472ImpexHighTechGmbH0.76651.5390711.548005MolTechGmbH0.84471.5375251.54640MolTechGmbH1.00001.535031.54381ImpexHighTechGmbH通過這條直線(如圖9所示)，可以得到任意波長入射時(shí)的儀器常數(shù)AL^(;i)。利用這條直線，可以采用單一波長入射從而實(shí)現(xiàn)對多種不同中心波長波片的交叉測量，可稱為WCM(wavelengthcross-measuring)。根據(jù)補(bǔ)償情況不同可將測量方法分為兩種，一類可以稱為在垂直模式下測量，兩個(gè)偏振片方向垂直，即滿足在零點(diǎn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件=0，另一類可以稱為在平行模式下測量，兩個(gè)偏振片方向平行，即滿足《+《-;r的補(bǔ)償條件。待測石英波片的相位延遲可以表述為《-,An"。).d(5)乂0這里A為波片的中心波長，d是待測石英波片的厚度。在垂直模式下，即起偏器和檢偏器偏振方向垂直的情況下，將待測波片放入系統(tǒng)中，讓補(bǔ)償器移動^從而滿足完全補(bǔ)償條件么5=&+《=0，(當(dāng)出現(xiàn)消光位置時(shí)，即滿足完全補(bǔ)償條件，記錄此時(shí)的補(bǔ)償器移動M值)。由公式(3)、(5)可以得到ALtana=d(6)AZ稱為補(bǔ)償距離，它所對應(yīng)的相位延遲誤差&可以由下式得到:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中公式(7)可以由公式(3)和公式(4)得到，這樣待測中心波長為/^的波片的相位延遲量為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>任何中心波長波片的相位延遲量都可以通過(8)式求出，其中AI^(A)可以從圖9曲線中獲得。從而能夠?qū)崿F(xiàn)在單一光源波長的條件下測量多種不同中心波長波片的相位延遲量。在平行模式下，即起偏器和檢偏器偏振方向平行的情況下，采用波長為入的激光光源測量中心波長為^的波片。根據(jù)2;r(9)以及式(4)和式(8)可以得到3"說平行模式下&+&=7，根據(jù)式(7)和式(10)，可以得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中d根據(jù)測量的AI值和擬和從曲線中得到的A^^A)、AL&(;i)值能夠?qū)崿F(xiàn)在單一光源波長的條件下測量多種不同中心波長波片的相位延遲量。在以上兩種情況中，平行模式下移動的補(bǔ)償量AL比垂直模式下的移動量要小很多，這樣帶來的誤差也相對較小。權(quán)利要求1.一種單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的方法，其步驟為1)將激光光源發(fā)出的光分為兩束，一束依次經(jīng)過起偏器、光調(diào)制器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器后由結(jié)果顯示單元顯示輸出結(jié)果；另一束輸出至激光單色儀用于測量光源的波長λ；2)調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器，記錄該相位補(bǔ)償器對該波長λ光源相位補(bǔ)償量為2π時(shí)的平移量ΔL2π(λ)；3)更換步驟1)中的激光光源，重復(fù)步驟2)，得到一組不同波長光源各自所對應(yīng)的平移量ΔL2π(λ)；4)根據(jù)測量得到的光源波長和平移量數(shù)據(jù)，建立一光源波長和對應(yīng)平移量的擬和曲線；5)將中心波長為λ0的待測相位延遲器加入到所述光調(diào)制器與所述相位補(bǔ)償器之間的光路中；6)任選一波長激光光源，調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器，記錄滿足完全補(bǔ)償條件時(shí)相位補(bǔ)償器的補(bǔ)償距離ΔL；7)根據(jù)所述擬和曲線和補(bǔ)充距離ΔL計(jì)算所述待測相位延遲器的相位延遲量δs。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向垂直時(shí)，根據(jù)公式《=2"^^計(jì)算所述相位延遲量，其中AZ^(^)為所述擬和曲線中波長^所對應(yīng)的平移量。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向平行時(shí)，根據(jù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>計(jì)算所述相位延遲量，其中AL&(/g為所述擬和曲線中波2;rAI2ff(;i0)長入所對應(yīng)的平移量。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述波長A光源相位補(bǔ)償量為2:r時(shí)的平移量AL2U)的測量方法為調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器，記錄結(jié)果顯示單元第一次出現(xiàn)消光到第三次出現(xiàn)消光中間時(shí)相位補(bǔ)償器的平移量AL，將其作為該波長光源的AL2(;i)。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向垂直時(shí)，所述完全補(bǔ)償條件為厶5=《+《=0，當(dāng)所述起偏器與所述檢偏器偏振方向平行時(shí)，所述完全補(bǔ)償條件為《+&=tt;所述補(bǔ)償距離AL為所述結(jié)果顯示單元出現(xiàn)消光時(shí)所述相位補(bǔ)償器的平移量。6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于所述結(jié)果顯示單元出現(xiàn)消光的實(shí)現(xiàn)方法為首先給所述光調(diào)制器加上調(diào)制信號，使出射光兩個(gè)正交偏振態(tài)的相位延遲產(chǎn)生交流變化；然后結(jié)果顯示單元對接收的信號進(jìn)行濾波處理，將直流零點(diǎn)的測量轉(zhuǎn)換為交流零點(diǎn)的測量；最后調(diào)節(jié)所述相位補(bǔ)償器。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器的角度旋轉(zhuǎn)操作時(shí)分別由一旋轉(zhuǎn)編碼器檢測。8—種單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的系統(tǒng)，其包括激光光源、光分束器、起偏器、光調(diào)制器、調(diào)制信號源、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器、結(jié)果顯示單元和激光單色儀；其特征在于所述激光光源經(jīng)所述光分束器分為兩束，一束依次經(jīng)過所述起偏器、光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器后由結(jié)果顯示單元顯示輸出結(jié)果；另一束輸出至激光單色儀；所述調(diào)制信號源與所述光調(diào)制器通過信號線連接。9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器的角度旋轉(zhuǎn)操作時(shí)分別由一旋轉(zhuǎn)編碼器檢測；所述光調(diào)制器或待測相位延遲器或相位補(bǔ)償器位于一晶體座中，且通過所述晶體座與所述旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)動環(huán)一體連接，所述晶體座安裝于一固定底座中，所述固定底座與所述旋轉(zhuǎn)編碼器的本體一體連接。10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)編碼器為空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器，其與所述晶體座為軸孔抱緊實(shí)現(xiàn)一體連接，所述旋轉(zhuǎn)編碼器的本體與所述固定底座之間采用板彈簧實(shí)現(xiàn)一體連接；所述光調(diào)制器為KD*P晶體電光調(diào)制器，調(diào)制方式為縱向調(diào)制，所述調(diào)制信號源為正弦調(diào)制信號；所述相位補(bǔ)償器為索累補(bǔ)償器，所述索累補(bǔ)償器的入射面晶體楔裝有微動螺旋，通過調(diào)節(jié)所述微動螺旋使之相對入射面做平行移動。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用單一波長光源測量不同波長相位延遲器件的方法及其系統(tǒng)，屬于光學(xué)測量
技術(shù)領(lǐng)域：
。本系統(tǒng)激光光源經(jīng)光分束器分為兩束，一束依次經(jīng)過起偏器、光調(diào)制器、待測相位延遲器、相位補(bǔ)償器、檢偏器、光探測器后由結(jié)果顯示單元顯示輸出結(jié)果；另一束輸出至激光單色儀；本發(fā)明方法為系統(tǒng)搭建后首先測量一組不同波長光源各自所對應(yīng)的相位補(bǔ)償器平移量；然后根據(jù)所測數(shù)據(jù)建立一擬和曲線；將待測相位延遲器加入到光路后，任選一波長激光光源，調(diào)節(jié)相位補(bǔ)償器，記錄補(bǔ)償距離ΔL；最后根據(jù)擬和曲線和補(bǔ)充距離ΔL計(jì)算待測相位延遲器的相位延遲量δ_S。本發(fā)明可對任意中心波長的待測相位延遲器進(jìn)行直接測量，而且測量精度高、操作簡單，易于產(chǎn)品化。文檔編號G01J9/00GK101592525SQ20091008831公開日2009年12月2日申請日期2009年7月3日優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日發(fā)明者宋菲君,穎張申請人:大恒新紀(jì)元科技股份有限公司北京光電技術(shù)研究所