[发明专利]液晶相位可变延迟器特性参数定标系统

权利要求书

1.液晶相位可变延迟器LCVR特性参数定标系统，其特征在于：该定标系统包括下列部分：

可调谐离子激光器，位于定标系统的最前端，产生待测波段的激光；

消色差波片，位于可调谐离子激光器之后，用于产生圆偏振光；

起偏器，位于消色差波片之后，用于产生所需的线偏振光；

检偏器，位于被定标的LCVR之后，用于得到某一方向的偏振光，它与起偏器均置于电控旋转支架上；

LCVR，并位于起偏器之后；

电控箱，分别与起偏器、检偏器及计算机相连，用于控制电控旋转支架的旋转角度；

LCVR驱动器，用于控制加在LCVR上的电压值，从而改变LCVR的相位延迟值，其驱动输出端与两片LCVR相接，通讯控制端与计算机的串口或USB接口相连；

光功率计，位于检偏器之后，并与计算机相连，用于探测出射光光强值；

计算机，通过计算机串口通讯对电控箱进行控制；读取光功率计探测到的光强。

2.根据权利要求1所述的液晶相位可变延迟器LCVR特性参数定标系统，其特征在于：所述的定标系统对LCVR的特性参数测量的方法和步骤包括：(1)光线垂直入射到LCVR时，将消色差波片撤离，起偏器和检偏器透光轴角度均设置为90°，LCVR快轴角度为45°，调制可调谐离子激光器，使其输出波长为待测波长，调整光路使得激光垂直射入起偏器，连续调制LCVR的驱动电压，得到相应的光强曲线图，利用曲线图中的光强极大值和被测电压下的光强值建立定标系统的穆勒矩阵表达式，即求得LCVR在待测波长下、不同电压值时的相位延迟表达式； 

其中，Stokes矢量与穆勒矩阵推导相位延迟的计算公式，延迟器件LCVR的穆勒矩阵为：

其中θ表示LCVR快轴角度，δ表示LCVR产生的相位延迟；

光轴角度为90°的起偏器与检偏器的穆勒矩阵为：

设入射光光强为I₀，本装置中激光偏振方向为垂直方向，入射光Stokes矢量为S_in＝I₀×(1 -1 0 0)^T，设起偏器、LCVR、检偏器的透射率分别为t₁、t_LCVR、t₂，则出射光的Stokes矢量为：

Stokes矢量第一个分量表示的是光强，设a＝I₀×t₂×t_LCVR×t₁/2，出射光光强为I，I＝a(1+cosδ)，则计算相位延迟δ的公式为：

N＝0，1，2...            (4)

计算δ需先得到a值，连续调制LCVR所加电压值，由I＝a(1+cosδ)得到，相位延迟为0°时光强I有最大值I_max＝2a，则a＝0.5I_max，a值确定后，根据公式(4)得到不同电压值下的相位延迟δ；

(2)光线非垂直方向入射到LCVR时，将消色差波片置于激光器之后，调节LCVR驱动电压达到一个定值，将起偏器和检偏器透光轴角度设置为三组，利用Stokes矢量与穆勒矩阵推导相位延迟的计算公式，完成LCVR在 待测波长下、一定电压值、不同入射角时的相位延迟量和快轴角度的测量；

其中，利用Stokes矢量与穆勒矩阵推导相位延迟的计算公式，起偏器、检偏器的穆勒矩阵分别为：

入射光和出射光的Stokes矢量分别为：

S_in＝(1001)^T                                 (7)

S_out＝M_P2×M_LCVR×M_P1×S_in                   (8)

探测器探测到的光强与出射光Stokes矢量S_OUT的第一行相对应，假设入射光光强为I₀，出射光光强为I，起偏器、LCVR、检偏器的透射率分别为t₁、t₂、t₃，S_OUT的第一行为S_{OUT_1}，则有表达式：

I＝I₀×t₁×t₂×t₃×S_{OUT_1}＝a×S_{OUT_1}         (9)

实验过程中取三组φ₁和φ₂，分别为：

①φ₁＝φ₂＝0°，探测器光强为I_A，出射光Stokes矢量的第一行为：

1+(cos2θ)²+(sin2θ)²cosδ

②φ₁＝φ₂＝45°，探测器光强为I_B，出射光Stokes矢量的第一行为：

1+(cos2θ)²cosδ+(sin2θ)²

③φ₁＝0°，φ₂＝90°，探测器光强为I_C，出射光Stokes矢量第一行为：

1-(cos2θ)²-(sin2θ)²cosδ

利用①②③的表达式组成方程组，解方程组得到延迟和角度的计算公式： 

3.根据权利要求1所述的液晶相位可变延迟器LCVR特性参数定标系统，其特征在于：所述的LCVR驱动器由用于存储控制信息的闪存、用于对整个驱动器进行处理控制的可编程逻辑器件、进行数模转换后输出一定频率方波电压的数模转换器组成，整个驱动电路与计算机的通讯方式是串口RS232通讯。