一种激光偏振态测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光偏振态测量装置及其测量方法，该方案包括有偏振分束镜、偏振分光棱镜Ⅰ、偏振分光棱镜Ⅱ、45°全反镜Ⅰ、45°全反镜Ⅱ、漫透射屏Ⅰ、漫透射屏Ⅱ、漫透射屏Ⅲ、漫透射屏Ⅳ、CCD相机、数据处理器和同步触发器；该方案采用漫透射屏结合CCD相机成像的子束相对能量测量方法，用于激光偏振态测量，系统简单集成度高，特别适合口径较大的高重频脉冲激光偏振态测量。

【技术实现步骤摘要】
一种激光偏振态测量装置及其测量方法
本专利技术涉及的是激光
，尤其是一种激光偏振态测量装置及其测量方法。
技术介绍
随着激光技术的发展，激光的性能参数受到了越来越多的关注。偏振态作为激光的一个重要性质，在激光的很多应用领域，诸如激光切割效率、激光相干合成效果、钠信标激光回光效率以及激光倍频/和频效率等的最优化，均离不开激光的偏振控制，而实现有效控制及其效果评价的前提是激光偏振态的准确测量。偏振态参数测量的主要方法有机械法和分振幅法，机械法因为其时间响应速度有限，而广泛使用受到限制；分振幅法因为可同时测量激光的四个斯托克斯参量，且探测器可根据测试需要进行匹配，而得到广泛应用。2017年，李宁馨等人在专利公布号：CN107271041A中公开了一种基于分振幅法测量激光偏振态的激光偏振态测量仪。2008年，王晓曼等人在专利公布号：CN101303256中公开了一种基于液晶的嵌入式偏振态测量仪。以上公开的激光偏振态测量装置，大多采用多组光电探测器进行探测，既不利于系统集成且光路调节比较复杂，整个测量系统体积不能做小因而使用不方便。当前市场上针对小口径、普通连续激光偏振态测试的偏振测量仪已经比较普遍；但针对厘米级口径、高重频、短脉冲激光偏振态测量，还未见很好满足其偏振测量要求的成熟仪器，针对该类型激光的偏振测量技术及测量装置亟待研发。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种激光偏振态测量装置及其测量方法，该方案采用漫透射屏结合CCD相机成像的子束相对能量测量方法，用于激光偏振态测量，系统简单集成度高，特别适合口径较大的高重频脉冲激光偏振态测量。本方案是通过如下技术措施来实现的：一种激光偏振态测量装置，包括有偏振分束镜(2)、偏振分光棱镜Ⅰ(3)、偏振分光棱镜Ⅱ(4)、45°全反镜Ⅰ(5)、45°全反镜Ⅱ(6)、漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)、漫透射屏Ⅳ(10)、CCD相机(11)、数据处理器(12)和同步触发器(13)；被测激光器(1)发射激光束经偏振分束镜(2)分为具有一定振幅比和相位延迟差的透射、反射两束光路，分出的透、反两光束分别经偏振分光棱镜Ⅰ(3)和偏振分光棱镜Ⅱ(4)，又各自分出P光和S光两光束，4束光分别入射至漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)和漫透射屏Ⅳ(10)，进行体散射，产生漫透射光，CCD相机(11)采集光斑，数据处理器(12)根据采集的光斑图，获取四个光斑各自对应的相对能量，结合算法即可计算出被测激光器(1)发射激光的偏振态。作为本方案的优选：偏振分束镜(2)镀有膜层，该膜层对所测激光P光透过率Tp＝79％，S光透过率Ts＝21％，透射光的P光和S光相位差Δt，反射光的P光和S光相位差Δr，Δt-Δr＝90°或-90°。作为本方案的优选：偏振分光棱镜Ⅰ(3)和偏振分光棱镜Ⅱ(4)，对所测激光P光透过率Tp>96％，S光反射率Rs>99％，入射光入射角范围0°～2°。作为本方案的优选：偏振分光棱镜Ⅰ(3)摆放时相对偏振分束镜(2)，两者S光透光轴相差45°。作为本方案的优选：偏振分光棱镜Ⅱ(4)摆放时相对偏振分束镜(2)，两者S光透光轴相差45°。作为本方案的优选：漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)和漫透射屏Ⅳ(10)是具有朗伯漫透射性能的乳白玻璃或聚四氟乙烯板。作为本方案的优选：45°全反镜Ⅰ(5)和45°全反镜Ⅱ(6)镀有膜层，该膜层对所测激光具有高反射率。作为本方案的优选：CCD相机(11)为面阵CCD数字相机，配有成像镜头，且具有触发功能，响应波段与入射激光相匹配。一种激光偏振态测的测量方法，其特征是：采用斯托克斯矢量表示激光偏振态和偏振参数，设斯托克斯矢量为S＝(S0,S1,S2,S3)T，CCD相机(11)采集光斑对应的电信号列矢量为I＝(I0,I1,I2,I3)T，则I＝AS(1)式中，A为仪器矩阵，可采用标准偏振态的激光通过标定实验获得。测量激光偏振态时，按式(2)由CCD相机(11)采集获得的电信号列矢量I即可计算出入射激光的斯托克斯矢量。S＝A-1I(2)根据斯托克斯矢量，按式(3)～式(8)即可计算出被测激光器(1)的偏振态参数：偏振度P、线偏振度DOLP、圆偏振度DOCP、偏振角θ、椭率e和椭率角χDOCP＝S3/S0(5)本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中通过采用漫透射屏结合CCD相机成像的子束相对能量测量方法，用一台CCD相机代替以往测试方法中采用多组光电探测器进行各子束光斑探测，使测试系统更为紧凑，集成度更高。采用CCD相机进行光斑探测，由于被测激光子束光斑可以通过CCD相机图像进行实时反映，因而光路调节相对简单，同时测试激光口径也可相对较大。配置的同步触发器，因而不仅可用于普通连续激光偏振态测试，还可用于高重频、短脉冲激光偏振态测量。由此可见，本专利技术与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为P光与S光空间关系图。图中，1为被测激光器，2为偏振分束镜，3为偏振分光棱镜Ⅰ，4为偏振分光棱镜Ⅱ，5为45°全反镜Ⅰ，6为45°全反镜Ⅱ6，7为漫透射屏Ⅰ，8为漫透射屏Ⅱ，9为漫透射屏Ⅲ，10为漫透射屏Ⅳ，11为CCD相机，12为数据处理器，13为同步触发器。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1所示，一种激光偏振态测量装置及其测量方法，包括偏振分束镜2、偏振分光棱镜Ⅰ3、偏振分光棱镜Ⅱ4、45°全反镜Ⅰ5、45°全反镜Ⅱ6、漫透射屏Ⅰ7、漫透射屏Ⅱ8、漫透射屏Ⅲ9、漫透射屏Ⅳ10、CCD相机11、数据处理器12和同步触发器13等。同步触发器13同步触发被测激光器1和CCD相机11，被测激光器1发射激光束经偏振分束镜2分为具有一定振幅比和相位延迟差的透反两束光，分出的透反两光束分别经偏振分光棱镜Ⅰ3和偏振分光棱镜Ⅱ4，又各自分出P光和S光两光束，4束光分别入射至漫透射屏Ⅰ、漫透射屏Ⅱ、漫透射屏Ⅲ和漫透射屏Ⅳ，进行体散射，产生漫透射光，CCD相机11采集光斑，数据处理器12根据采集的光斑图，获取四个光斑各自对应的相对能量，结合算法即可计算出被测激光器1发射激光的偏振态。该图示意的是脉冲激光偏振态测量，当本专利技术用于普通连续激光偏振态测试时，同步触发器13则不参与工作。如图2所示，P光与S光空间关系图，∑1为偏振分束镜2上P光与S光所在截面，P1与S1分别为偏振分束镜2上P光与S光的透光轴，∑2为偏振分光棱镜Ⅰ3上P光与S光所在截面，P2与S2分别为偏振分光棱镜Ⅰ3上P光与S光的透光轴，∑3为偏振分光棱镜Ⅱ4上P光与S光所在截面，P3与S3分别为偏振分光棱镜Ⅱ4上P光与S光的透光轴，其中S1与S2夹角为45°，S1与S3夹角为45°。本专利技术不局限于上述具体实施方式，所属
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【技术保护点】
1.一种激光偏振态测量装置，其特征是：包括有偏振分束镜(2)、偏振分光棱镜Ⅰ(3)、偏振分光棱镜Ⅱ(4)、45°全反镜Ⅰ(5)、45°全反镜Ⅱ(6)、漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)、漫透射屏Ⅳ(10)、CCD相机(11)、数据处理器(12)和同步触发器(13)；被测激光器(1)发射激光束经偏振分束镜(2)分为具有一定振幅比和相位延迟差的透射、反射两束光路，分出的透、反两光束分别经偏振分光棱镜Ⅰ(3)和偏振分光棱镜Ⅱ(4)，又各自分出P光和S光两光束，4束光分别入射至漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)和漫透射屏Ⅳ(10)，进行体散射，产生漫透射光，CCD相机(11)采集光斑，数据处理器(12)根据采集的光斑图，获取四个光斑各自对应的相对能量，结合算法即可计算出被测激光器(1)发射激光的偏振态。

【技术特征摘要】
1.一种激光偏振态测量装置，其特征是：包括有偏振分束镜(2)、偏振分光棱镜Ⅰ(3)、偏振分光棱镜Ⅱ(4)、45°全反镜Ⅰ(5)、45°全反镜Ⅱ(6)、漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)、漫透射屏Ⅳ(10)、CCD相机(11)、数据处理器(12)和同步触发器(13)；被测激光器(1)发射激光束经偏振分束镜(2)分为具有一定振幅比和相位延迟差的透射、反射两束光路，分出的透、反两光束分别经偏振分光棱镜Ⅰ(3)和偏振分光棱镜Ⅱ(4)，又各自分出P光和S光两光束，4束光分别入射至漫透射屏Ⅰ(7)、漫透射屏Ⅱ(8)、漫透射屏Ⅲ(9)和漫透射屏Ⅳ(10)，进行体散射，产生漫透射光，CCD相机(11)采集光斑，数据处理器(12)根据采集的光斑图，获取四个光斑各自对应的相对能量，结合算法即可计算出被测激光器(1)发射激光的偏振态。2.根据权利要求1所述的一种激光偏振态测量装置，其特征是：所述偏振分束镜(2)镀有膜层，该膜层对所测激光P光透过率Tp＝79％，S光透过率Ts＝21％，透射光的P光和S光相位差Δt，反射光的P光和S光相位差Δr，Δt-Δr＝90°或-90°。3.根据权利要求1所述的一种激光偏振态测量装置，其特征是：所述偏振分光棱镜Ⅰ(3)和偏振分光棱镜Ⅱ(4)，对所测激光P光透过率Tp>96％，S光反射率Rs>99％，入射光入射角范围0°～2°。4.根据权利要求1所述的一种激光偏振态测量装置，其特征是：所述偏振分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志雄，高学燕，周文超，魏继锋，胡晓阳，庞淼，何均章，庞毓，黄德权，田小强，刘林，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51