一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法
【专利摘要】本发明涉及包括一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法，装置包括设置有计算模块的反馈控制系统(7)和第一相位延迟器(10)、第二相位延迟器(11)，计算模块设置有第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度δ1、δ2和偏振相关损耗PDL1、PDL2关系式：光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)是光电探测器(6)在同一待测波长处、不同k值下测量的光电流数据，或者是光电探测器(6)在同一待测波长处、不同k值下所有光电流数据的平均值，采用本发明装置和方法，可同时测量两个未知宽带相位延迟器的快轴位置、相位延迟特性和PDL特性。
【专利说明】一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于偏振光学检测领域，特别是一种同时检测两个相位延迟器的相位延迟特性和偏振相关损耗特性的方法及装置。
【背景技术】
[0002]相位延迟器(或相位补偿器)是光学实验和光学仪器中广泛使用的基础光学元件，它是利用材料的双折射效应制作而成的。当线偏振光垂直于相位延迟器表面通过该器件时，入射光中电矢量平行于相位延迟器光轴的分量(e光)和垂直于相位延迟器光轴的分量(O光)在相位延迟器中传播的速度不同，从而透过相位延迟器的e光和ο光之间通常具有一定的相位差，使得透射光具有多种可能的偏振特性。原理上说，任何具有双折射效应的材料都可以用来做成相位延迟器，例如普遍采用的由石英、方解石、氟化镁或云母等双折射晶体制成的晶体相位延迟器、液晶相位延迟器，以及外磁场作用下的磁性液体、W片等等。但是，上述所有材料除了具有双折射效应外，还具有二向色性，这会直接导致器件的偏振相关损耗G3DL, Polarization Dependent Loss);而且相位延迟器的相位延迟特性和二向色性(即PDL特性)均是波长的函数，在某些常用波长范围内，相位延迟器的PDL特性会对器件性能产生很大影响。例如，在旋转双补偿器式广谱椭偏仪(PCSCA型椭偏仪)中，两个旋转补偿器Cp C2的相位延迟特性和PDL特性的精确测量是实现高精度测量的前提，任何残余偏振都将影响到偏振测量的精度。如果考虑旋转补偿器C1X2的偏振相关损耗特性，PCSCA型椭偏仪的工作算法必须做出必要的修正。因此，两个旋转补偿器的相位延迟特性和PDL特性对整机性能均有重要影响。
[0003]测量偏振器件相位延迟或TOL的方法有很多种，但没有哪一种能够同时测量两个偏振器件的相位延迟量和roL，更不能同时测量两个偏振器件的相位延迟光谱特性和roL光谱特性。

【发明内容】

[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供同时检测两个相位延迟器的相位延迟和偏振相关损耗(roL)特性的方法及装置，它属于非接触测量，能够同时快速检测两个相位延迟器的相位延迟和PDL特性；使用方便高效，可用于实际生产及研究工作中同时进行两个未知相位延迟器的相位延迟和PDL特性的直接定标，并且测量结果不受光源和探测器光谱特性的影响。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，包括自然光光源、反馈控制系统，自然光光源出射的平行自然光依次通过共传输轴放置的起偏器、第一转盘、第二转盘、检偏器、光电探测器，第一转盘和第一电机连接，第二转盘和第二电机连接；反馈控制系统同光电探测器、第一电机、第二电机相连实现采集分析光电流数据并反馈控制第一电机和第二电机的旋转状态；所述第一转盘和第二转盘为中空结构，所述第一转盘中空结构内设置有固定第一相位延迟器的定位装置，所述第二转盘中空结构内设置有固定第二相位延迟器的定位装置，所述反馈控制系统设置有计算模块，设置有计算模块计算第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度S P 62和偏振相关损耗TOLp PDL2,
[0007]
【权利要求】
1.一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于:包括自然光光源(I)、反馈控制系统(7)，自然光光源(I)出射的平行自然光依次通过共传输轴放置的起偏器(2)、第一转盘(3)、第二转盘(4)、检偏器(5)、光电探测器(6),第一转盘(3)和第一电机(8)连接，第二转盘(4)和第二电机(9)连接；反馈控制系统(7)同光电探测器(6)、第一电机(8)、第二电机(9)相连实现采集分析光电流数据并反馈控制第一电机⑶和第二电机(9)的旋转状态；所述第一转盘(3)和第二转盘(4)为中空结构，所述第一转盘(3)中空结构内设置有固定第一相位延迟器(10)的定位装置，所述第二转盘(4)中空结构内设置有固定第二相位延迟器(11)的定位装置，所述反馈控制系统(7)设置有计算模块计算第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度S P 62和偏振相关损耗TOLp PDL2:
2.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于:所述光电探测器(6)为光电二极管或光电倍增管或CCD线阵或面阵传感器，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的工作波长范围。
3.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于:所述起偏器(2)和检偏器(5)采用二向色性偏振器或双折射偏振器，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的工作波长范围。
4.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于:所述自然光光源(I)为输出特性稳定的宽带自然光源或波长可调型自然光源，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的工作波长范围。
5.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于:所述自然光光源(I)的发光源输出光路中设置有扩束-准直透镜组。
6.一种应用权利要求1所述装置进行检测相位延迟和偏振相关损耗的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:调节检偏器(5)与起偏器(2)的偏振方向平行；步骤二:调节第一相位延迟器(10)、第二相位延迟器(11)平行起偏器(2)的偏振方向； 步骤三:同向、同速旋转第一转盘(3)和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据 I (k 31，k 31)、I (k 31 + JI /4, k 31 + JI /4)、I(kn + n /2, kn + π /2)和I (k π +3 π /4, k π +3 π /4),其中k为非负整数,在计数起始时刻定义k = O,此后第一转盘(3)和第二转盘(4)每旋转半周k值增加I ;分别计算各波长处的光电流方均根值
7.根据权利要求5所述一种相位延迟和偏振相关损耗的检测方法，其特征在于:所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤: 步骤1-1:查找第二相位延迟器(11)的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘(4)上取下； 步骤1-2:查找第一相位延迟器(10)的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器(11)放回第二转盘(4)。
8.根据权利要求5所述一种相位延迟和偏振相关损耗的检测方法，其特征在于:所述步骤1-1、步骤1-2中查找相位延迟器快轴方位的具体实现方式为:将相位延迟器固定在转盘上，保证与光路器件共传输轴放置，旋转转盘直至光电探测器输出的光电流达到最大值。
9.一种应用权利要求1所述装置进行检测相位延迟和偏振相关损耗的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:调节检偏 器(5)与起偏器(2)的偏振方向平行； 步骤二:调节第一相位延迟器(10)、第二相位延迟器(11)平行起偏器(2)的偏振方向； 步骤三:同向、同速旋转第一转盘⑶和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据 1 (k 31，k 31)、I (k 31 + JI /4,k 31 + JI /4)和 I (k 31 + JI /2,k 31 + JI /2),其中k为非负整数；调节第二相位延迟器(11)的快轴方向，使之与第一相位延迟器(10)的快轴方向相互垂直； 步骤四:将k值清零重新开始计数，同向、同速旋转第一转盘(3)和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据UkJi，kn + n/2),I(kn + n/4,kJi+3Ji/4)和 I(k3i + ji/2,k3i + ji)； 步骤五:由反馈控制系统(J)的计算模块计算所有k值处的第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度Slk、δ21?，以及计算偏振相关损耗PDL11^P PDL2k
10.根据权利要求9所述一种相位延迟和偏振相关损耗的检测方法，其特征在于:所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤: 步骤1-1:查找第二相位延迟器(11)的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘(4)上取下；步骤1-2: 查找第一相位延迟器(10)的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器(11)放回第二转盘(4)。
【文档编号】G01M11/02GK103954435SQ201410180864
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】张璐, 胡强高, 罗勇, 王玥 申请人:武汉光迅科技股份有限公司