[发明专利]石英波片厚度的测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及石英波片，特别是一种石英波片厚度的测量装置和测量方法。

背景技术

在光轴准确定向的情况下，石英波片的厚度是决定其相位延迟量的关键参数。因此，实际应用中厚度的选择、生产过程中厚度的测量与控制都是十分重要的。光学波片的测量多数是通过相位延迟量的测量而实现的。通常的方法是以一特定波长λ的平行光束作为光源，用光学系统来确定波片的光轴方向并测得波片对该特定波长λ的相位延迟量。测量不同波长范围的波片，常常需要备用相对应波长的光源。

已有的石英波片厚度的测量必有两步：一是检测前需定出光学波片的光轴方向，再对其相位延迟量进行测量(专利：《光学波片的检测仪》(ZL 01 132359.0)和《光学波片的厚度测量仪》(ZL01274450.6))，然而准确地确定光轴并不容易。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种石英波片厚度的测量装置和测量方法，该测量方法不需要预先确定石英波片光轴方向，只需要一种波长的激光光源，就能以较高的测量精度和速度测出所处实际环境温度下波片的物理厚度。并从这个厚度出发，可以给出任一波长下，该波片可以产生的相位延迟量和与所设计要求相位延迟量之间的误差，便于在加工时进行修正。

本发明的基本原理如下：

当垂直石英波片光轴且波长为λ₀的光在石英波片中传播时，因石英晶体的快、慢轴的折射率差会产生相位延迟δ，它与产生该相位延迟的波片厚度(称为有效厚度)d₀之间存在如下对应关系：

δ＝d₀{2π[n_e(λ₀)-n_o(λ₀)]}/λ₀…………………(1)

式中：λ₀为测量波片时光的波长，n_e(λ₀)，n₀(λ₀)分别为石英晶体快、慢轴对应的折射率。由该关系式可求得波片对被测波长λ₀起延迟δ作用的这一有效厚度d₀。

通常，把厚度不足于产生相位延迟量2π的波片称为零级波片，由于零级波片厚度太薄，不易加工和不便使用。一般做法是在所需零级波片的厚度上叠加几个至几十个全波片厚度d_λ0，全波片对应的厚度所产生相位延迟量为2π，做成较厚的实用波片，这种波片称为多级波片。多级波片(设有N级全波片厚度)的真实厚度D与全波片厚度d_λ0及级数N、有效厚度d₀之间的关系为：

D＝N d_λ0+d₀  (2)

从公式(1)、(2)，只要测出δ就得到d₀，再由N和d_λ0可算出D。

本发明的方法注意了色散与温度、波长有关，上面式(1)中石英晶体双折射率差的色散与温度、波长的关系为：

n_e(λ)-n₀(λ)＝[8.86410+0.107057λ^-2+0.0019893λ^-4-0.17175λ²

-10^-3t(1+t/900)(1.01+0.2λ²)]10^-3……(3)

式中：波长λ的单位为微米(μm)；温度t是测量石英波片时波片的温度(与环境温度相同)，其单位为℃。

本发明石英波片厚度测量方法是：在测定波片在环境温度t时，利用上述的色散关系式(3)，先算出一个全波片厚度d_λ0，接着确定被测波片粗略厚度(可用游标卡尺测定)，求出该波片所含的整数全波片的级数N。然后将波片放进测量装置中，装置器自动测出波片对工作波长λ₀的延迟δ、求出有效厚度d₀、算出实际的波片厚度D。

在每一次测量中，装置能自动使波片的光轴被置于与起偏器透射轴成45度、135度、225度、315度等四个特定角度，在这些角度上，相位延迟量δ相同，都可由下列关系得到。