一種激光頻率法測量波片相位延遲的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光頻率法測量波片相位延遲的裝置。該裝置利用波片放入激光諧振腔內可以產生激光頻率分裂的原理，使激光器的一個振蕩頻率變為兩個振蕩頻率，這兩個頻率之間的頻率差正比于波片的相位延遲。將激光輸出光在同一偏振方向上取光拍，測量光拍信號的頻率即是兩個分裂頻率的頻率差，就可以精確得到波片相位延遲的大小。本實用新型的裝置包括半外腔He-Ne激光器，放入腔內的待測波片由一個包含二維平移臺和二維角度調節架的支撐架所承載，該波片支撐架在激光軸線一側配置，可使激光腔長縮短，提高出光功率，并能使待測波片沿二維方向平移，測量不同點的相位延遲。
【專利說明】一種激光頻率法測量波片相位延遲的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及測量領域，尤其涉及測量領域中的一種激光頻率法測量波片相位延遲的裝置。
【背景技術】
[0002]波片是一種常用的光學元件，在很多精密測量儀器和光學系統中都有廣發應用，其相位延遲是最重要的技術指標，
[0003]在涉及到偏振光的很多光學系統中都要使用，位相延遲是其最主要的技術指標，在應用中很大程度上影響著系統的性能，因此精確測量其位相延遲非常重要。當前常用的波片位相延遲測量裝置測量精度一般在0.5度?I度左右，設備調整較復雜。有的需要高精度測角儀或標準四分之一波片；有的只適用于四分之一波片而不適用于半波片等的檢測。此外現有測量裝置不能溯源到自然基準，這些因素使其難以滿足日益提高的測量要求。
[0004]基于激光頻率分裂技術測量波片位相延遲的裝置提供了一種系統結構簡單，調整方便，只需測量頻差而無需高精度測角儀和標準四分之一波片的高精度波片位相延遲的測量裝置:在由可沿軸線移動的獨立反射鏡和激光增益管組成的半外腔氦氖激光器諧振腔內插入波片，會引起激光頻率分裂，每一級縱模變成偏振方向相互正交的兩個，兩分裂模的頻率差正比于波片位相延遲。將分裂的頻差與縱模間隔相比即可得到波片位相延遲。為避免多模振蕩引起的頻差混疊，可以分別測量同級分裂模的頻差和相鄰級分裂模的頻差，然后加和得到激光縱模間隔。但是對于近似標準的半波片和全波片，分裂成的兩縱模之一與其他級次的縱模頻率很接近，激光器將發生閉鎖現象，分裂出的縱模不能同時振蕩。因此，用上述測量裝置對半/全波片的位相延遲進行測量時需要采取特殊的措施。
[0005]一種裝置是采用在激光增益管兩側加橫向磁場，利用橫向塞曼效應消除激光器閉鎖。采用類似頻率分裂的裝置，測量分裂模的頻差大小和縱模間隔，二者相比即可得到波片位相延遲。由于測量中必需施加橫向磁場，并保證磁場方向跟波片快慢軸之一平行，不能在一套裝置上測量任意波片位相延遲。
[0006]實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于克服上述基于頻率分裂測量波片位相延遲裝置的不足，提出一種能夠測量包括半波片和全波片在內的任意波片位相延遲的裝置。
[0008]本實用新型提出的一種激光頻率法測量波片相位延遲的裝置包括:
[0009]氦氖激光器，該氦氖激光器包括增益管和獨立反射鏡，該增益管的兩端分別固定著固定反射鏡和增透窗片，該獨立反射鏡的反射面與該增透窗片相對，該固定反射鏡與該獨立反射鏡形成該氦氖激光器的諧振腔，該獨立反射鏡的非反射面與壓電陶瓷相連；
[0010]波片支架，該波片支架位于該增透窗片和該獨立反射鏡之間，該波片支架包括平行移動導軌和固定在該導軌上的至少二維角度調節的調節支架，待測波片和/或附加波片分別放置在該調節支架上，并使該待測波片和/或附加波片放在該調節支架上時面法線相對于該氦氖激光器的激光軸線傾斜；[0011]光強探測單元，該光強探測單元設置在該氦氖激光器的一側，與該增益管上的固定反射鏡相對，用于對該氦氖激光器輸出的兩個正交偏振態光強進行測量；
[0012]頻差探測單元，該頻差探測單元設置在該氦氖激光器的另一側，與該獨立反射鏡相對，用于測量該氦氖激光器輸出的兩個正交偏振態的激光的頻率差；
[0013]控制器，該控制器與該光強探測單元、該頻差探測單元以及該壓電陶瓷電相連，用于控制測量過程并輸出測量結果。
[0014]具體而言，該裝置可以包括:
[0015]氦氖激光器，由一支增益管和一片獨立反射鏡組成，所述增益管的兩端分別固定著一片反射鏡和一片增透窗片，所述獨立反射鏡與所述增透窗片相對并與壓電陶瓷相連；
[0016]波片支架，位于所述增透窗片和所述獨立反射鏡之間，包括一個平行移動導軌和兩個固定在所述導軌上的二維角度調節支架，所述待測波片和/或附加波片分別放置在所述各個調節支架上，并使所述待測波片和/或附加波片放在所述調節支架上時面法線相對于激光軸線傾斜；
[0017]光強探測單元，與所述增益管上的反射鏡相對，用于對所述激光器輸出的兩個正交偏振態光強進行測量，所述光強探測單元包括一個渥拉斯頓棱鏡和兩個光電探測器，所述渥拉斯頓棱鏡將所述激光器的輸出光按正交偏振態分成兩束光，所述光電探測器可以采用例如光電池等，探測所述兩束光光強；
[0018]頻差探測單元，與所述獨立反射鏡相對，用于測量所述激光器兩個正交偏振態的頻率差，所述頻差探測單元包括一個偏振片，一個光電探測器和一個頻率計，所述光電探測器可以采用例如雪崩光電二極管(APD)等，探測所述激光器兩個正交偏振態通過通光方向與所述待測波片快慢軸方向成45度角放置的所述偏振片后形成的光拍頻，所述頻率計與所述光電探測器輸出端相連；
[0019]控制裝置，同所述光強探測單元、頻差探測單元以及壓電陶瓷相連，用于控制測量過程并輸出測量結果。
[0020]其中，所述激光增益管上的增透窗片面法線相對于激光軸線傾斜的角度至少為15分，以避免引起頻差調諧量異常；在所述波片附近可以采用溫度傳感器測量溫度，所述溫度傳感器可以采用例如Ptioo等。
[0021]優選地，該光強探測單元包括渥拉斯頓棱鏡和第一光電探測器，該渥拉斯頓棱鏡將該激光器的輸出光按正交偏振態分成兩束光，該第一光電探測器設置成分別接收該兩束光。
[0022]優選地，該頻差探測單元包括偏振片、第二光電探測器和頻率計，該偏振片設置成通光方向分別與該待測波片的快軸和慢軸成45度夾角，該第二光電探測器設置成探測該氦氖激光器輸出的兩個正交偏振態激光通過該偏振片后形成的光拍頻，該頻率計與該第二光電探測器的輸出端電相連。
[0023]優選地，該增益管上的增透窗片的面法線相對于該氦氖激光器輸出的激光的軸線的傾斜角度至少為15分。
[0024]優選地，該裝置還包括補償模塊，該補償模塊用于根據該傾斜角度，對該控制器輸出的測量結果進行補償處理。
[0025]優選地，該裝置還包括設置在該波片支架上的溫度傳感器。[0026]優選地，該裝置還包括設置在該增透窗片和該波片支架之間的孔徑光闌。
[0027]優選地，該氦氖激光器輸出的激光的波長為632.8nm。
[0028]基于上述技術方案，本實用新型的激光頻率法測量波片相位延遲的裝置，能夠在一套系統實現對任意波片位相延遲的測量，操作簡單，自動判別波片測量結果，并補償系統誤差，其短期測量重復性優于0.02度，長期測量重復性優于0.04度。并且由于采用激光頻率測量波片位相延遲，能夠溯源到激光波長，可以為其他波片測量裝置提供參考基準，作為一種可溯源測量任意波片位相延遲的裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對本實用新型實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是基于頻率分裂的測量方法用的半內腔氦氖激光器的原理圖。
[0031]圖2是兩級縱模各分裂成偏 振方向相互正交的兩個縱模的示意圖。
[0032]圖3 (a)和圖3 (b)分別是調諧腔長不同級次分裂模依次進入激光出光帶振蕩示意圖，其中圖3 (a)是相鄰級分裂模同時振蕩示意圖；圖3 (b)是同級兩分裂模同時振蕩示意圖。
[0033]圖4 (a)和圖4 (b)分別是半/全波片放入激光諧振腔內輸出兩正交偏振光強調諧曲線示意圖，其中圖4 (a)是發生模式跳變時的光強調諧曲線示意圖；圖4 (b)是未發生模式跳變時的光強調諧曲線示意圖。
[0034]圖5 U)和圖5 (b)分別是半/全波片引起正交方向上縱模間隔平移示意圖，其中圖5 (a)是間隔增大兩縱模移入出光帶振蕩示意圖；圖5 (b)是間隔變小兩縱模移入出光帶振蕩示意圖。
[0035]圖6是根據本實用新型實施例的可溯源任意波片位相延遲測量裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本實用新型保護的范圍。
[0037]圖1為基于頻率分裂的測量方法用的半內腔氦氖激光器的原理圖。其中，半內腔激光器由反射鏡2，增益管I和反射鏡3組成，其中增益管I兩端分別固定反射鏡2和增透窗片4，諧振腔由反射鏡2和3形成。激光器相鄰兩級縱模vq、vq+1間的頻率差即縱模間隔為
[0038]Δ =.^-(I)
[0039]其中c為光速，L為諧振物理腔長。[0040]當在諧振腔內放入雙折射元件時，激光器輸出的縱模將發生分裂，原先的每一級縱模變成偏振方向相互正交的兩個，如圖2所示，其中實線和虛線表示不同偏振方向，G為激光器增益曲線。兩個分裂模的頻率差為
【權利要求】
1.一種激光頻率法測量波片相位延遲的裝置，其特征在于，包括: 氦氖激光器，所述氦氖激光器包括增益管和獨立反射鏡，所述增益管的兩端分別固定著固定反射鏡和增透窗片，所述獨立反射鏡的反射面與所述增透窗片相對，所述固定反射鏡與所述獨立反射鏡形成所述氦氖激光器的諧振腔，所述獨立反射鏡的非反射面與壓電陶瓷相連； 波片支架，所述波片支架位于所述增透窗片和所述獨立反射鏡之間，所述波片支架包括平行移動導軌和固定在所述導軌上的至少二維角度調節的調節支架，待測波片和/或附加波片分別放置在所述調節支架上，并使所述待測波片和/或附加波片放在所述調節支架上時面法線相對于所述氦氖激光器的激光軸線傾斜； 光強探測單元，所述光強探測單元設置在所述氦氖激光器的一側，與所述增益管上的固定反射鏡相對，用于對所述氦氖激光器輸出的兩個正交偏振態光強進行測量； 頻差探測單元，所述頻差探測單元設置在所述氦氖激光器的另一側，與所述獨立反射鏡相對，用于測量所述氦氖激光器輸出的兩個正交偏振態的激光的頻率差； 控制器，所述控制器與所述光強探測單元、所述頻差探測單元以及所述壓電陶瓷電相連，用于控制測量過程并輸出測量結果； 其中，所述光強探測單元包括渥拉斯頓棱鏡和第一光電探測器，所述渥拉斯頓棱鏡將所述激光器的輸出光按正交偏振態分成兩束光，所述第一光電探測器設置成分別接收所述兩束光； 其中，所述頻差探測單元包括偏振片、第二光電探測器和頻率計，所述偏振片設置成通光方向分別與所述待測波片的快軸和慢軸成45度夾角，所述第二光電探測器設置成探測所述氦氖激光器輸出的兩個正交偏振態激光通過所述偏振片后形成的光拍頻，所述頻率計與所述第二光電探測器的輸出端電相連。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述增益管上的增透窗片的面法線相對于所述氦氖激光器輸出的激光的軸線的傾斜角度至少為15分。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括補償模塊，所述補償模塊用于根據所述傾斜角度，對所述控制器輸出的測量結果進行補償處理。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設置在所述波片支架上的溫度傳感器。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設置在所述增透窗片和所述波片支架之間的孔徑光闌。
【文檔編號】G01M11/02GK203606105SQ201320548522
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】宋明宇 申請人:北京鐳測科技有限公司
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