一種溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)器件領(lǐng)域，特別是涉及一種溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的晶體型偏振干涉器件由一對(duì)偏振器和它們之間的晶體波片構(gòu)成，其干涉輸 出特性取決于波片材料的雙折射率、波片厚度以及波片光軸與偏振器通光方向的夾角。由 于晶體波片的厚度及雙折射率差都與溫度有關(guān)，導(dǎo)致這種偏振干涉器件的輸出隨環(huán)境溫度 而變化，限制了它的性能和適用范圍。
[0003] 通過(guò)自動(dòng)溫度控制提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性是一種常用的方法，但這種方法在 檢測(cè)光學(xué)器件溫度的同時(shí)，還需要配置反饋控制系統(tǒng)使光學(xué)器件工作在初始設(shè)定的溫度范 圍內(nèi)，因此，實(shí)現(xiàn)精確溫度控制的系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。利用溫度特性互補(bǔ)的兩種晶體波片構(gòu) 成復(fù)合波片是晶體光學(xué)領(lǐng)域常用的一種溫度補(bǔ)償方法，其中一個(gè)波片是主波片，另一個(gè)是 補(bǔ)償波片。這種方法能使復(fù)合波片在特定波長(zhǎng)上具有良好的溫度穩(wěn)定性，但由于材料色散 和加工誤差等因素，當(dāng)復(fù)合波片在較大的波長(zhǎng)和溫度范圍內(nèi)使用時(shí)，其溫度穩(wěn)定性仍然無(wú) 法達(dá)到高精度應(yīng)用的要求。可見(jiàn)，單獨(dú)采用上述任意一種方法實(shí)現(xiàn)高精度溫度補(bǔ)償都有各 自明顯的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種溫度穩(wěn)定性高的晶體型偏振干涉裝置及溫度補(bǔ)償方 法。
[0005] 本發(fā)明中溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置包括沿光路依次放置的起偏器、復(fù)合波片 (包括主波片和補(bǔ)償波片)、檢偏器和光電探測(cè)器，以及溫度傳感器和信號(hào)處理模塊，其特征 在于：輸入光通過(guò)起偏器變?yōu)榫€偏振光，其振動(dòng)方向與復(fù)合波片中主偏振片的光軸夾角為 45° ;復(fù)合波片至少由主波片和一個(gè)補(bǔ)償波片構(gòu)成，主波片和補(bǔ)償波片的長(zhǎng)度比以及光軸 方位關(guān)系（正交或平行）取決于它們的熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)；溫度傳感器監(jiān)測(cè)復(fù)合波片的 溫度，信號(hào)處理模炔基于該溫度信息對(duì)光電探測(cè)器的輸出信號(hào)再進(jìn)行修正，即軟補(bǔ)償。
[0006] 本發(fā)明提出的溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置，克服了現(xiàn)有偏振干涉器件在溫度穩(wěn) 定性方面的不足，使晶體型偏振干涉裝置其溫度穩(wěn)定性在更大的溫度和波長(zhǎng)范圍內(nèi)都能滿 足工程應(yīng)用的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是本發(fā)明提出的溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置示意圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明提出的溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置中溫度補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟硎疽?圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明中溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0010] 上述圖中的標(biāo)號(hào)含義分別是：1是輸入光，2是偏振干涉輸出的電信號(hào)，3、4分別是 起偏器和檢偏器，5是主波片，6是補(bǔ)償波片，7、11、12分別是光電探測(cè)器，8是溫度傳感器，9 是信號(hào)處理模塊，10是偏振分束器。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012] 圖1是本發(fā)明提出的偏振干涉裝置示意圖，輸入光1經(jīng)過(guò)起偏器3起偏后，依次通 過(guò)復(fù)合波片（由主波片5和補(bǔ)償波片6構(gòu)成)和檢偏器4,由光電探測(cè)器7轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該 電信號(hào)與溫度傳感器8的輸出同時(shí)送入信號(hào)處理模塊9進(jìn)行處理，產(chǎn)生最終的偏振干涉輸 出信號(hào)2。其中，起偏器3的通光方向與主波片5的光軸夾角為45°，主波片5和補(bǔ)償波片 6的光軸是平行還是正交取決于所選兩種晶體的特性。如果主波片5和補(bǔ)償波片6對(duì)應(yīng)的 晶體材料其雙折射率隨溫度變化的符號(hào)相反，則要求主波片5和補(bǔ)償波片6的光軸平行，且 二者的長(zhǎng)度A和4滿足以下關(guān)系：
其中，A/^和A &分別是主波片和補(bǔ)償波片晶體材料的雙折射率，ffl、a2分別是主波 片和補(bǔ)償波片晶體材料在光束傳播方向上的線膨脹系數(shù)。例如，當(dāng)主波片5和補(bǔ)償波片6分 別由YVOJP LiNbO 3晶體構(gòu)成時(shí)，二者的光軸平行才能實(shí)現(xiàn)有效的溫度補(bǔ)償。如果主波片5 和補(bǔ)償波片6對(duì)應(yīng)的晶體材料其雙折射率隨溫度變化的符號(hào)相同，則要求主波片5和補(bǔ)償 波片6的光軸正交，且二者的長(zhǎng)度A和4滿足以下關(guān)系：
需要說(shuō)明的是，補(bǔ)償波片也可以由兩種甚至更多種材料的波片組合而成，和主波片長(zhǎng) 度比例關(guān)系的確定與式（1)或（2 )所示類似。
[0013] 為了進(jìn)一步提高晶體型偏振干涉裝置的溫度穩(wěn)定性，圖1中同時(shí)采用溫度傳感器 8監(jiān)測(cè)復(fù)合波片的溫度，監(jiān)測(cè)結(jié)果輸入信號(hào)處理模塊9后，對(duì)探測(cè)器7的輸出信號(hào)進(jìn)行軟補(bǔ) 償。
[0014] 本發(fā)明通過(guò)同時(shí)采用補(bǔ)償波片和監(jiān)測(cè)溫度后實(shí)施軟補(bǔ)償?shù)姆椒?，能夠有效增?qiáng)偏 振干涉裝置的溫度穩(wěn)定性，溫度補(bǔ)償原理可由圖2解釋。
[0015] 圖2給出了輸入光1的功率和波長(zhǎng)不變時(shí)，圖1所不裝置在不同配置情況下，偏振 干涉輸出結(jié)果隨溫度變化的關(guān)系，其中，橫坐標(biāo)表示溫度（r)，縱坐標(biāo)表示歸一化偏振干涉 信號(hào)強(qiáng)度（/)。需要說(shuō)明的是，圖2中各條曲線的變化趨勢(shì)僅是對(duì)圖1裝置在不同配置下的 定性描述，并不代表具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0016] 圖2中曲線a表示圖1中不使用補(bǔ)償波片6時(shí)，探測(cè)器7輸出信號(hào)的強(qiáng)度隨溫度 的變化趨勢(shì)。此時(shí)，由于主波片的長(zhǎng)度和雙折射率對(duì)溫度敏感，造成探測(cè)器7輸出信號(hào)變化 斜率較大，這種配置由于沒(méi)有使用補(bǔ)償波片，偏振干涉裝置的結(jié)果對(duì)溫度很敏感。
[0017] 圖2中曲線b表示圖1所示配置，即包括補(bǔ)償波片時(shí)探測(cè)器7輸出信號(hào)的強(qiáng)度隨 溫度的變化，可見(jiàn)，其變化斜率和曲線a相比大大減小，但在整個(gè)溫度變化范圍內(nèi)仍有較大 的起伏。
[0018] 為了進(jìn)一步抑制探測(cè)器7輸出信號(hào)在整個(gè)工作溫度范圍的起伏，把其和溫度傳感 器8輸出的溫度信號(hào)同時(shí)送入信號(hào)處理模塊9進(jìn)行軟補(bǔ)償，圖2中示意了一種可行的方式， 即把曲線b在整個(gè)工作溫度區(qū)間的起伏，按照溫度傳感器的測(cè)量精度進(jìn)行細(xì)分，得到曲線 c，這樣在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，系統(tǒng)的輸出起伏非常小，表現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性。
[0019] 圖3是本發(fā)明中溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 和圖1所示偏振干涉裝置相比，用偏振分束器10代替了檢偏器4,由偏振分束器10出射的 兩個(gè)正交偏振光束分別由探測(cè)器11和12接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸入信號(hào)處理模塊9。其 中，把探測(cè)器11、12輸出的信號(hào)進(jìn)行歸一化后再實(shí)施軟補(bǔ)償，避免了輸入光1功率起伏時(shí)對(duì) 偏振干涉結(jié)果的影響。
[0020] 上述方式中未述及的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置，包括沿光路依次放置的起偏器、主波片、補(bǔ)償波 片、檢偏器和光電探測(cè)器，以及溫度傳感器和信號(hào)處理模塊，其特征在于，同時(shí)包括了補(bǔ)償 波片和溫度傳感器與信號(hào)處理模塊構(gòu)成的溫度軟補(bǔ)償子系統(tǒng)。2. -種溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置中采用的溫度補(bǔ)償方法，其特征在于，在信號(hào)處 理模塊中，根據(jù)溫度傳感器監(jiān)測(cè)到的組合波片溫度信息，對(duì)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償波片補(bǔ)償?shù)钠窀缮?信號(hào)再進(jìn)行軟補(bǔ)償。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溫度補(bǔ)償晶體型偏振干涉裝置。該偏振干涉裝置由沿光路依次放置的起偏器（3）、主波片（5）、補(bǔ)償波片（6）、檢偏器（4）和光電探測(cè)器（7），以及溫度傳感器（8）和信號(hào)處理模塊（9）構(gòu)成，其工作原理和特征為：輸入光（1）通過(guò)起偏器（3）后其振動(dòng)方向與主波片（5）的光軸夾角為45°；然后依次通過(guò)主波片（5）及其對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償波片（6），探測(cè)器（7）把檢偏器（4）輸出的干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；信號(hào)處理模塊（9）根據(jù)溫度傳感器（8）獲得的溫度信息對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行軟補(bǔ)償，得到偏振干涉輸出（2）。本發(fā)明同時(shí)使用補(bǔ)償波片和基于測(cè)溫的軟補(bǔ)償，提高了晶體型偏振干涉裝置的溫度穩(wěn)定性。
【IPC分類】G01J4/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104931142
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510372400
【發(fā)明人】劉繼紅, 梁猛, 王春河, 田瑞霞, 曹雅萍
【申請(qǐng)人】西安郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月1日