一种波片快慢轴检测方法技术

本发明专利技术涉及波片检测技术领域，特别涉及一种波片快慢轴的检测方法。该方法根据对波片快慢轴间相位延迟量差的色散特性的分析，利用椭圆偏振光谱仪对相位差的精确测量，设计了一种波片快慢轴检测方法，该波片快慢轴检测方法理论简洁、清晰，操作方便，检测速度快，且无需事先知晓波片材质、使用波长以及对应的相位差。

Method for detecting slow axis of wave plate

The invention relates to the technical field of wave plate detection, in particular to a method for detecting a fast axis of a wave plate. According to the analysis of the phase delay between the fast and slow axis of wave plate dispersion measurement error, accurate measurement of the phase difference by using ellipsometry, designed a kind of fast and slow axis of wave plate detection method, the detection theory of fast and slow axis of wave plate is simple and clear, convenient operation, high testing speed, and without prior knowledge of wave plate the use of materials, the wavelength and the corresponding phase difference.

【技术实现步骤摘要】
一种波片快慢轴检测方法
本专利技术涉及波片检测
，特别涉及一种波片快慢轴的检测方法。
技术介绍
波片作为一种常用的光学元器件，被广泛应用于偏光测量领域。快、慢轴方向是波片的两个重要参量，波片在使用中必须先确定快、慢轴的方向。在波片材质已知的情况下，可以通过确定波片光轴方位来确定波片快慢轴的方向。目前波片光轴方位的判断方法有多种，例如：相位比较法、相位调制法、迈克尔逊干涉法、旋转波片法、菲涅尔菱体法、调制光谱法等，通常需要预先知晓波片使用波长及对应相位延迟量。其中相位比较法和相位调制法只能大概确定光轴方位，并不能判定光轴的准确方位。迈克尔逊干涉法、旋转波片法、菲涅尔菱体法和调制光谱法能够准确判断光轴方位，但是过程比较麻烦。
技术实现思路
为实现对材质未知、使用波长及对应相位延迟量未知的情况下波片快慢轴的快速检测，本专利技术采用检偏器与椭圆偏振光谱仪，设计了一种快速检测波片快慢轴的方法。本专利技术是通过以下方式实现的：一种波片快慢轴检测方法，包括以下步骤：（1）将椭圆偏振光谱仪的起偏臂和检偏臂调至水平透射模式；（2）旋转起偏臂中的起偏器，将氙灯出射光调为P方向（竖直方向）振动的线偏光，在起偏臂和检偏臂之间放入检偏器，旋转检偏器至消光；（3）将待检测波片放入起偏臂和检偏器之间，使入射光线垂直波片表面，旋转波片，至光路再次出现消光；（4）旋转起偏臂中的起偏器，将出射线偏光振动方向调至与P方向成45度角方向；（5）撤出检偏器，扫描波片P、S（水平方向）两方向上相位差的色散曲线；（6）根据上述步骤（5）得到的P、S两方向上位相差色散曲线斜率的正负情况判断波片快慢轴方向。所述的检测方法，对波片快慢轴方向的判断，具体方式为：（1）在步骤（5）得到的P、S两方向上位相差色散曲线图上，曲线斜率为正时，待测波片快轴位于水平方向，待测波片慢轴位于竖直方向。（2）在步骤（5）得到的P、S两方向上位相差色散曲线图上，曲线斜率为负时，待测波片快轴位于竖直方向，待测波片慢轴位于水平方向。本专利技术中所述的检偏器是光学仪器中的一种常用器件，可用于光路的检偏或起偏。下面对本专利技术的原理进行详细阐述：首先定义坐标系为：光线传播方向为z轴正方向，水平方向为x轴，y轴正方向竖直向上，x、y、z轴正方向构成右手螺旋关系，x、y平面内角度的定义为：沿x轴正向的水平方向为0°，逆时针旋转方向为角度正方向。先将起偏臂中起偏器起偏方向调为90°，即透振方向为竖直方向（P方向），把检偏器放入光路中，调节其透振方向使光路消光，此时检偏器的透振方向为水平方向（S方向），然后将待测波片放入起偏臂和检偏臂中间，使光线垂直于待测波片表面入射，旋转波片使光路再次消光，此时波片快轴或慢轴方向处于P方向，我们定义此时处于S方向的轴为A轴。为进一步区分A轴为波片快轴或慢轴，需取出检偏器，调节起偏臂中起偏器起偏方向为45°，扫描线偏振光经过波片后在P、S两方向上的相位差，通过观察波片在P、S两方向上相位差随扫描波长的变化情况，根据相位差变化情况的不同，判断A轴为波片快轴或慢轴。图1为椭偏仪探测晶体快慢轴的光路原理图，光路的琼斯矩阵如下:（1）其中Ex、Ey分别表示通过石英波片后的x和y方向偏振的电场强度，K为包含各器件矩阵因子的比例系数，φx、φy分别为波片在P方向与S方向上的相位延迟量，且：（2）在椭偏仪中，椭偏参量Ψ、定义为：tanΨeiΔ=rp/rs，在本实验光路设置的情况下，tanΨeiΔ=Ey/Ex=eiφ。因而椭偏仪测量得到的椭偏参量Δ即为波片在P、S两方向上的相位延迟量差值在0~2π范围内的等效值。若nx>ny，即A轴为慢轴时，则（2）式中Δn>0，为波片晶体双折射率，则k为波片级数，为正整数，φ0为波片在0~2π范围内的等效相位差，即Δ=φ0。因双折射率Δn色散通常为正常色散，即Δn随波长变长而减小，所以在波长向长波长扫描过程中，由公式（2）可知，相位差φ应该是逐渐减小的，相应的其在0~2π范围内的等效相位差φ0的变化趋势是：随着扫描波长的增加，φ0减小到零以后，跳变为2π（对应波片级数k减1），之后继续减小，每循环对应波片级数k减1。若A轴为波片快轴，则（2）式中Δn<0，k为负正整数，此时相位差φ为负值，φ0仍为波片在0~2π范围内的等效相位差，即Δ=φ0。在波长向长波长扫描过程中，|φ|是逐渐减小的，φ是逐渐增大的，相应的其在0~2π范围内的等效相位差φ0的变化趋势是：随着扫描波长的增加，φ0增大到2π以后，跳变为0（对应k加1），之后继续增大，每循环对应k加1。在之前光路设置中，检偏器透振方向设定为x（s）方向，在确定了A轴为波片快轴或慢轴之后，相应的波片快慢轴方向与检偏棱镜透振方向之间的关系也就确定了，因而该方法可以对光路中波片和棱镜进行定位组合。本专利技术的有益效果：本专利技术的波片快慢轴检测方法，利用的是波片快慢轴间相位延迟量随波长的色散原理，以及椭圆偏振光谱仪对相位差的精确测量，该快慢轴检测方法理论简洁、清晰，操作简单，检测速度快，与常规快慢轴检测方式相比，本专利技术所设计的检测方法具有无需预先知晓波片材质，无需知晓波片使用波长及相位延迟量的特点。附图说明图1是本专利技术的检测装置光路示意图，其中：1-氙灯光源，2-起偏臂，3-标准石英波片，4-检偏器，5-检偏臂，6-单色仪与探测器，7计算机；图2是实施例1中，椭圆偏振光谱仪测量得到的石英波片在P、S两方向上的相位差色散曲线，其中：横坐标为波长，纵坐标为P、S两方向上的位相差。图3是实施例2中，椭圆偏振光谱仪测量得到的石英波片在P、S两方向上的相位差色散曲线，其中：横坐标为波长，纵坐标为P、S两方向上的位相差。具体实施例：实施例1：按照图1中的光路，起偏臂透振方向调为竖直方向，放入检偏器，调节检偏器透振方向至消光，此时检偏器透振方向必为水平方向；然后放入波片，使入射光线垂直波片表面，旋转波片使光路再次消光，此时检偏器透振方向必与波片快、慢轴中的一轴重合；之后撤出检偏器，将起偏臂中起偏方向调至45°，此时入射波片的为45°方向的线偏振光，在x、y方向上相位相同、振幅相同，对波片出射的椭圆偏振光在y、x两方向上相位差随波长的变化进行扫描测量。图2为椭圆偏振光谱仪给出的一石英波片在y（p）、x（s）两方向上相位差Δ随波长变化的测量曲线，可以看到规则的斜率为负的跳变曲线，根据之前分析，此时对应的波片快轴在y（p）方向，即竖直方向，相应的慢轴在x（s）方向。实施例2：按照图1中的光路，起偏臂透振方向调为竖直方向，放入检偏器，调节检偏器透振方向至消光，此时检偏器透振方向必为水平方向；然后放入波片，使入射光线垂直波片表面，旋转波片使光路再次消光，此时检偏器透振方向必与波片快、慢轴中的一轴重合；之后撤出检偏器，将起偏臂中起偏方向调至45°，此时入射波片的为45°方向的线偏振光，在x、y方向上相位相同、振幅相同，对波片出射的椭圆偏振光在y、x两方向上相位差随波长的变化进行扫描测量。图3为椭圆偏振光谱仪给出的一石英波片在y（p）、x（s）两方向上相位差Δ随波长变化的测量曲线，可以看到规则的斜率为正的跳变曲线，根据之前分析，此时对应的波片慢轴在y（p）方向，即竖直方向，相应的快轴在x（s）方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波片快慢轴检测方法，包括以下步骤：（1）将椭圆偏振光谱仪的起偏臂和检偏臂调至水平透射模式；（2）旋转起偏臂中的起偏器，将氙灯出射光调为P方向（竖直方向）振动的线偏光，在起偏臂和检偏臂之间放入检偏器，旋转检偏器至消光；（3）将待检测波片放入起偏臂和检偏器之间，使入射光线垂直波片表面，旋转波片，至光路再次出现消光；（4）旋转起偏臂中的起偏器，将出射线偏光振动方向调至与P方向成45度角方向；（5）撤出检偏器，扫描波片P、S（水平方向）两方向上相位差的色散曲线；其特征在于包括步骤（6）：（6）根据上述步骤（5）得到的P、S两方向上位相差色散曲线斜率的正负情况判断波片快慢轴方向。

【技术特征摘要】
1.一种波片快慢轴检测方法，包括以下步骤：（1）将椭圆偏振光谱仪的起偏臂和检偏臂调至水平透射模式；（2）旋转起偏臂中的起偏器，将氙灯出射光调为P方向（竖直方向）振动的线偏光，在起偏臂和检偏臂之间放入检偏器，旋转检偏器至消光；（3）将待检测波片放入起偏臂和检偏器之间，使入射光线垂直波片表面，旋转波片，至光路再次出现消光；（4）旋转起偏臂中的起偏器，将出射线偏光振动方向调至与P方向成45度角方向；（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩培高，牛明生，苏富芳，史萌，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37