一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置及方法，该装置由He

【技术实现步骤摘要】
一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及波片测量
，具体涉及一种基于拉盖尔高斯光束干涉的波片相位延迟量和快轴方向测量装置及方法。
[0002]
技术介绍

[0003]光的偏振状态在光与物质相互作用的过程中的众多领域中发挥着重要作用，例如量子通信，光学检测，生物测量等领域。因此，光束偏振态的测量和转换在这些领域中是一个不可或缺的技术，而波片是实现光的偏振态测量及转换的重要光学元件。波片能使沿其两个主轴方向的偏振光产生相位延迟，相位延迟量与波片厚度、双折射率等因素有关，直接决定了波片的质量，从而影响光学系统的性能。因此，为了提高在偏振
的光学系统性能，需要精确测量波片的相位延迟量和其快轴方向。
[0004]目前针对波片参数的测量技术虽然能够对波片的相位延迟量和快轴方向进行测量，但这类方法都存在一些问题：1）波片相位延迟量测量精确度不高，操作复杂，如硕士论文《波长相位延迟量的智能化测量技术再研究》中所提的四步相移法测量，测量过程中检偏器需进行四次机械转动，大大降低了实验效率，降低实验精度；2）波片相位延迟量测量精确度相对较高，但结构复杂，操作相对困难，如论文《波片相位延迟量精密测量新方法》中所提出的旋转波片法，该方法引入机械
‑
光学旋光调制器，实际操作相对困难；3）一些具有很高测量精度的方法，但其测量过程和数据处理相对复杂，如使用两个光弹调制器对波片的相位延迟量和快轴方向进行测量的方法中，光弹调制器标定以及所获得的数据处理都较为复杂。
[0005]拉盖尔高斯光束具有螺旋形相位波前，并且其存在相位奇点即中心光强为零，其光场表达式含有exp(ilθ)的希尔伯特相位因子，拉盖尔高斯光束与普通光束最大的不同是拉盖尔高斯光束具有轨道角动量，每个光子携带的轨道角动量，其中为拉盖尔高斯光束的拓扑荷数，
ħ
为约化普朗克常数。拉盖尔高斯光束具有镜像性，拉盖尔高斯光束与其镜像拉盖尔高斯光束干涉可产生圆周均匀分布的类菊花花瓣干涉图案，花瓣数为拉盖尔高斯光束拓扑荷数的2倍。当干涉装置其中一臂的光程差变化时，类菊花花瓣干涉图案就会发生旋转，且较小的光程差可以转化为较大的干涉图案的旋转角度。基于以上特性我们提出了一种基于拉盖尔高斯光束干涉的波片相位延迟量和快轴方向测量方法。
[0006]
技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能同时对波片的相位延迟量和快轴方向进行测量基于拉盖尔高斯光束干涉的波片相位延迟量和快轴方向测量装置及方法。
[0008]为实现本专利技术的专利技术目的，本专利技术提供的技术方案是一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，包括He
‑
Ne激光器1、第一分束器2、空间光调制器3、线起偏器4、第二分束器5、第一反射镜6、道威棱镜7、待测波片8、第二反射镜9、第三分束器10、CCD相机11、计算机12，所述测量装置的光路结构为： He
‑
Ne激光器1发出的高斯光束经第一分束器2透射后，进入空间光调制器3上，转化为拉盖尔高斯光束，由空间光调制器3反射后的拉盖尔高斯光束经第一分束器2反射后，通过线起偏器4起偏，起偏后的拉盖尔高斯光束经第二分束器5分成透射拉盖尔高斯光束和反射拉盖尔高斯光束，其中，反射拉盖尔高斯光束经反射镜6反射后，通过待测波片8后照射到第三分束器10；透射拉盖尔高斯光束经道威棱镜7后转化为拉盖尔高斯光束的镜像光束，拉盖尔高斯光束的镜像光束由第二反射镜9反射照射到第二分束器10后，与透射拉盖尔高斯光束进行干涉叠加，干涉产生的光场进入CCD相机11成像，记录并存储进计算机12。
[0009]所述的线偏振器4为竖直放置，线偏振器4的透光轴在竖直方向。
[0010]所述的待测波片8的两个主轴分别为轴I和轴II，分别对应主折射率n1和n2。
[0011]所述的干涉产生的光场为圆周均匀分布的类菊花花瓣强度图。
[0012]所述的He
‑
Ne激光器1的波长为632.8nm。
[0013]所述的空间光调制器3为HOLOEYE反射型。
[0014]本专利技术还提供了一种波片相位延迟量和快轴方向的测量方法，包括以下步骤：步骤S1，将He
‑
Ne激光器1、第一分束器2、空间光调制器3、线起偏器4、第二分束器5、第一反射镜6、道威棱镜7、待测波片8、第二反射镜9、第三分束器10、CCD相机11、计算机12，布置好测量光路；步骤S2，打开He
‑
Ne激光器光源，He
‑
Ne激光器1发出基膜高斯光束经第一分束器2射入空间光调制器3中，生成拉盖尔高斯光束后经第一分束器2反射，再通过线起偏器4起偏，起偏后的拉盖尔高斯光束经第二分束器5分成透射拉盖尔高斯光束和反射拉盖尔高斯光束，其中透射拉盖尔高斯光束经道威棱镜7成为拉盖尔高斯光束的镜像光束，其镜像光束由第二反射镜9反射照射到第三分束器10，反射拉盖尔高斯光束经第一反射镜6后的拉盖尔高斯光束和其镜像光束在第三分束器10干涉叠加，产生圆周均匀分布的类菊花花瓣，由CCD相机11记录并存储进计算机12；所述的步骤S2中，拉盖尔高斯光束的复振幅为，其中C是归一化常数，是束腰半径，；r为径向距离，为方位角，，，为源平面的坐标，所述的拓扑荷数为的拉盖尔高斯光束与拓扑荷数为的镜像光束复振幅表达式可简化为，
所述的拉盖尔高斯光束与其镜像光束干涉后，光场表达式为，CCD相机11记录下的干涉光强为，干涉花瓣具有圆周均匀分布结构，由式中存在cos函数调制，对 进行一阶和二阶求导，最终可知，干涉花瓣数与拉盖尔高斯光束拓扑荷数之间的关系为，。
[0015]步骤S3，将待测波片8放置在所述的第一反射镜6至第三分束器10之间的光路中，并使待测波片8的主轴I与线起偏器4的透光轴平行，CCD相机11记录此时的干涉光强花瓣图I并存储与计算机中；步骤S4，将待测波片8绕系统光轴旋转90度，即待测波片8的主轴II的方向与线起偏器4的透光轴平行，此时产生的干涉光强花瓣图II，相对于步骤S3中的干涉光强花瓣图I发生旋转，CCD相机11记录此时的干涉光强花瓣图II并存储与计算机12中；步骤S5， 通过测量干涉光强花瓣图I和干涉光强花瓣图II之间的旋转角度，测出待测波片8沿主轴I和主轴II方向引入的光程差，最终获取待测波片8真正的相位延迟量；所述的步骤S5中，待测波片8对沿其主轴I、主轴II方向偏振光引入的光程差
∆
为，其中为待测波片8的厚度，待测波片8旋转分别使主轴I和主轴II与线起偏器4的透光轴平行，旋转前后引入光程差；此时的光场表达式为，此时的光场表达式为，其中，为波数，为波长；则待测波片8沿其主轴I和主轴II方向偏振拉盖尔高斯光束引起的干涉花瓣图旋转角度α为，干涉图旋转角度与光程差的比值为，
由上述公式可知，测出干涉光强花瓣图II相对于干涉光强花瓣图I的旋转角度即可测出待测波片沿主轴I和主轴II方向偏振拉盖尔高斯光束引起的光程差，其相位延迟量为，量为，为所述待测波片真正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，其特征在于，包括He
‑
Ne激光器（1）、第一分束器（2）、空间光调制器（3）、线起偏器（4）、第二分束器（5）、第一反射镜（6）、道威棱镜（7）、待测波片（8）、第二反射镜（9）、第三分束器（10）、CCD相机（11）、计算机（12），所述测量装置的光路结构为： He
‑
Ne激光器（1）发出的高斯光束经第一分束器（2）透射后，进入空间光调制器（3）上，转化为拉盖尔高斯光束，由空间光调制器（3）反射后的拉盖尔高斯光束经第一分束器（2）反射后，通过线起偏器（4）起偏，起偏后的拉盖尔高斯光束经第二分束器（5）分成透射拉盖尔高斯光束和反射拉盖尔高斯光束，其中，反射拉盖尔高斯光束经反射镜（6）反射后，通过待测波片（8）后照射到第三分束器（10）；透射拉盖尔高斯光束经道威棱镜（7）后转化为拉盖尔高斯光束的镜像光束，拉盖尔高斯光束的镜像光束由第二反射镜（9）反射照射到第二分束器（10）后，与透射拉盖尔高斯光束进行干涉叠加，干涉产生的光场进入CCD相机（11）成像，记录并存储进计算机（12）。2.根据权利要求1所述的一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，其特征在于，所述的线偏振器（4）为竖直放置，线偏振器（4）的透光轴在竖直方向。3.根据权利要求1所述的一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，其特征在于，所述的待测波片（8）的两个主轴分别为轴I和轴II，分别对应主折射率n1和n2。4.根据权利要求1所述的一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，其特征在于，所述的干涉产生的光场为圆周均匀分布的类菊花花瓣强度图。5.根据权利要求1所述的一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，其特征在于，所述的He
‑
Ne激光器（1）的波长为632.8nm。6.根据权利要求1所述的一种波片相位延迟量和快轴方向的测量装置，其特征在于，所述的空间光调制器（3）为HOLOEYE反射型。7.一种如权利要求1所述的一种波片相位延迟量和快轴方向的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将He
‑
Ne激光器（1）、第一分束器（2）、空间光调制器（3）、线起偏器（4）、第二分束器（5）、第一反射镜（6）、道威棱镜（7）、待测波片（8）、第二反射镜（9）、第三分束器（10）、CCD相机（11）、计算机（12），布置好测量光路；步骤S2，打开He
‑
Ne激光器光源，He
‑
Ne激光器（1）发出基膜高斯光束经第一分束器（2）射入空间光调制器（3）中，生成拉盖尔高斯光束后经第一分束器（2）反射，再通过线起偏器（4）起偏，起偏后的拉盖尔高斯光束经第二分束器（5）分成透射拉盖尔高斯光束和反射拉盖尔高斯光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏豪杰，倪岚霖，王磊，李维诗，赵会宁，潘成亮，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：