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一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置及其檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置及其檢測(cè)方法，裝置包括設(shè)置有計(jì)算模塊的反饋控制系統(tǒng)(7)和第一相位延遲器(10)、第二相位延遲器(11)，計(jì)算模塊設(shè)置有第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)相位延遲角度δ1、δ2和偏振相關(guān)損耗PDL1、PDL2關(guān)系式：光電流數(shù)據(jù)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)是光電探測(cè)器(6)在同一待測(cè)波長(zhǎng)處、不同k值下測(cè)量的光電流數(shù)據(jù)，或者是光電探測(cè)器(6)在同一待測(cè)波長(zhǎng)處、不同k值下所有光電流數(shù)據(jù)的平均值，采用本發(fā)明裝置和方法，可同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)未知寬帶相位延遲器的快軸位置、相位延遲特性和PDL特性。
【專利說(shuō)明】一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于偏振光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是一種同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)相位延遲器的相位延遲特性和偏振相關(guān)損耗特性的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相位延遲器(或相位補(bǔ)償器)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)儀器中廣泛使用的基礎(chǔ)光學(xué)元件，它是利用材料的雙折射效應(yīng)制作而成的。當(dāng)線偏振光垂直于相位延遲器表面通過(guò)該器件時(shí)，入射光中電矢量平行于相位延遲器光軸的分量(e光)和垂直于相位延遲器光軸的分量(O光)在相位延遲器中傳播的速度不同，從而透過(guò)相位延遲器的e光和ο光之間通常具有一定的相位差，使得透射光具有多種可能的偏振特性。原理上說(shuō)，任何具有雙折射效應(yīng)的材料都可以用來(lái)做成相位延遲器，例如普遍采用的由石英、方解石、氟化鎂或云母等雙折射晶體制成的晶體相位延遲器、液晶相位延遲器，以及外磁場(chǎng)作用下的磁性液體、W片等等。但是，上述所有材料除了具有雙折射效應(yīng)外，還具有二向色性，這會(huì)直接導(dǎo)致器件的偏振相關(guān)損耗G3DL, Polarization Dependent Loss);而且相位延遲器的相位延遲特性和二向色性(即PDL特性)均是波長(zhǎng)的函數(shù)，在某些常用波長(zhǎng)范圍內(nèi)，相位延遲器的PDL特性會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生很大影響。例如，在旋轉(zhuǎn)雙補(bǔ)償器式廣譜橢偏儀(PCSCA型橢偏儀)中，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器Cp C2的相位延遲特性和PDL特性的精確測(cè)量是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的前提，任何殘余偏振都將影響到偏振測(cè)量的精度。如果考慮旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器C1X2的偏振相關(guān)損耗特性，PCSCA型橢偏儀的工作算法必須做出必要的修正。因此，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的相位延遲特性和PDL特性對(duì)整機(jī)性能均有重要影響。
[0003]測(cè)量偏振器件相位延遲或TOL的方法有很多種，但沒(méi)有哪一種能夠同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)偏振器件的相位延遲量和roL，更不能同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)偏振器件的相位延遲光譜特性和roL光譜特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)相位延遲器的相位延遲和偏振相關(guān)損耗(roL)特性的方法及裝置，它屬于非接觸測(cè)量，能夠同時(shí)快速檢測(cè)兩個(gè)相位延遲器的相位延遲和PDL特性；使用方便高效，可用于實(shí)際生產(chǎn)及研究工作中同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)未知相位延遲器的相位延遲和PDL特性的直接定標(biāo)，并且測(cè)量結(jié)果不受光源和探測(cè)器光譜特性的影響。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置，包括自然光光源、反饋控制系統(tǒng)，自然光光源出射的平行自然光依次通過(guò)共傳輸軸放置的起偏器、第一轉(zhuǎn)盤、第二轉(zhuǎn)盤、檢偏器、光電探測(cè)器，第一轉(zhuǎn)盤和第一電機(jī)連接，第二轉(zhuǎn)盤和第二電機(jī)連接；反饋控制系統(tǒng)同光電探測(cè)器、第一電機(jī)、第二電機(jī)相連實(shí)現(xiàn)采集分析光電流數(shù)據(jù)并反饋控制第一電機(jī)和第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述第一轉(zhuǎn)盤和第二轉(zhuǎn)盤為中空結(jié)構(gòu)，所述第一轉(zhuǎn)盤中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定第一相位延遲器的定位裝置，所述第二轉(zhuǎn)盤中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定第二相位延遲器的定位裝置，所述反饋控制系統(tǒng)設(shè)置有計(jì)算模塊，設(shè)置有計(jì)算模塊計(jì)算第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)相位延遲角度S P 62和偏振相關(guān)損耗TOLp PDL2,
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置，其特征在于:包括自然光光源(I)、反饋控制系統(tǒng)(7)，自然光光源(I)出射的平行自然光依次通過(guò)共傳輸軸放置的起偏器(2)、第一轉(zhuǎn)盤(3)、第二轉(zhuǎn)盤(4)、檢偏器(5)、光電探測(cè)器(6),第一轉(zhuǎn)盤(3)和第一電機(jī)(8)連接，第二轉(zhuǎn)盤(4)和第二電機(jī)(9)連接；反饋控制系統(tǒng)(7)同光電探測(cè)器(6)、第一電機(jī)(8)、第二電機(jī)(9)相連實(shí)現(xiàn)采集分析光電流數(shù)據(jù)并反饋控制第一電機(jī)⑶和第二電機(jī)(9)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述第一轉(zhuǎn)盤(3)和第二轉(zhuǎn)盤(4)為中空結(jié)構(gòu)，所述第一轉(zhuǎn)盤(3)中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定第一相位延遲器(10)的定位裝置，所述第二轉(zhuǎn)盤(4)中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定第二相位延遲器(11)的定位裝置，所述反饋控制系統(tǒng)(7)設(shè)置有計(jì)算模塊計(jì)算第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)相位延遲角度S P 62和偏振相關(guān)損耗TOLp PDL2:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置，其特征在于:所述光電探測(cè)器(6)為光電二極管或光電倍增管或CCD線陣或面陣傳感器，其工作波長(zhǎng)范圍覆蓋第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)的工作波長(zhǎng)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置，其特征在于:所述起偏器(2)和檢偏器(5)采用二向色性偏振器或雙折射偏振器，其工作波長(zhǎng)范圍覆蓋第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)的工作波長(zhǎng)范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置，其特征在于:所述自然光光源(I)為輸出特性穩(wěn)定的寬帶自然光源或波長(zhǎng)可調(diào)型自然光源，其工作波長(zhǎng)范圍覆蓋第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)的工作波長(zhǎng)范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的裝置，其特征在于:所述自然光光源(I)的發(fā)光源輸出光路中設(shè)置有擴(kuò)束-準(zhǔn)直透鏡組。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:調(diào)節(jié)檢偏器(5)與起偏器(2)的偏振方向平行；步驟二:調(diào)節(jié)第一相位延遲器(10)、第二相位延遲器(11)平行起偏器(2)的偏振方向； 步驟三:同向、同速旋轉(zhuǎn)第一轉(zhuǎn)盤(3)和第二轉(zhuǎn)盤(4)，反饋控制系統(tǒng)(7)采集在相應(yīng)檢測(cè)波長(zhǎng)處的光電流數(shù)據(jù) 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為非負(fù)整數(shù),在計(jì)數(shù)起始時(shí)刻定義k = O,此后第一轉(zhuǎn)盤(3)和第二轉(zhuǎn)盤(4)每旋轉(zhuǎn)半周k值增加I ;分別計(jì)算各波長(zhǎng)處的光電流方均根值
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種相位延遲和偏振相關(guān)損耗的檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟一和步驟二之間還包括如下步驟: 步驟1-1:查找第二相位延遲器(11)的快軸方位，做好標(biāo)記后，將其從第二轉(zhuǎn)盤(4)上取下； 步驟1-2:查找第一相位延遲器(10)的快軸方位，并做好標(biāo)記，然后將第二相位延遲器(11)放回第二轉(zhuǎn)盤(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種相位延遲和偏振相關(guān)損耗的檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟1-1、步驟1-2中查找相位延遲器快軸方位的具體實(shí)現(xiàn)方式為:將相位延遲器固定在轉(zhuǎn)盤上，保證與光路器件共傳輸軸放置，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤直至光電探測(cè)器輸出的光電流達(dá)到最大值。
9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行檢測(cè)相位延遲和偏振相關(guān)損耗的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:調(diào)節(jié)檢偏 器(5)與起偏器(2)的偏振方向平行； 步驟二:調(diào)節(jié)第一相位延遲器(10)、第二相位延遲器(11)平行起偏器(2)的偏振方向； 步驟三:同向、同速旋轉(zhuǎn)第一轉(zhuǎn)盤⑶和第二轉(zhuǎn)盤(4)，反饋控制系統(tǒng)(7)采集在相應(yīng)檢測(cè)波長(zhǎng)處的光電流數(shù)據(jù) 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為非負(fù)整數(shù)；調(diào)節(jié)第二相位延遲器(11)的快軸方向，使之與第一相位延遲器(10)的快軸方向相互垂直； 步驟四:將k值清零重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，同向、同速旋轉(zhuǎn)第一轉(zhuǎn)盤(3)和第二轉(zhuǎn)盤(4)，反饋控制系統(tǒng)(7)采集在相應(yīng)檢測(cè)波長(zhǎng)處的光電流數(shù)據(jù)UkJi，kn + n/2),I(kn + n/4,kJi+3Ji/4)和 I(k3i + ji/2,k3i + ji)； 步驟五:由反饋控制系統(tǒng)(J)的計(jì)算模塊計(jì)算所有k值處的第一相位延遲器(10)和第二相位延遲器(11)相位延遲角度Slk、δ21?，以及計(jì)算偏振相關(guān)損耗PDL11^P PDL2k
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種相位延遲和偏振相關(guān)損耗的檢測(cè)方法，其特征在于:所述步驟一和步驟二之間還包括如下步驟: 步驟1-1:查找第二相位延遲器(11)的快軸方位，做好標(biāo)記后，將其從第二轉(zhuǎn)盤(4)上取下；步驟1-2: 查找第一相位延遲器(10)的快軸方位，并做好標(biāo)記，然后將第二相位延遲器(11)放回第二轉(zhuǎn)盤(4)。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103954435SQ201410180864
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張璐, 胡強(qiáng)高, 羅勇, 王玥 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司