[发明专利]一种复合波片光轴对准方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于光学仪器元件设计制造领域，具体涉及一种复合波片光轴对准方法及装置，它适用于对复合波片中两片或多片晶片的光轴进行精确对准与标定。

背景技术

波片(也可以称为晶片。本发明中我们称由两片或多片晶片组成的波片为复合波片，而称组成复合波片的单片波片为晶片，以示区别。在不做特别区别时，将复合波片和晶片统称为波片。)是光学仪器设计与光学测量领域中常用的光学元件，它能够使得偏振光的两个垂直分量产生附加光程差(或相位差)，从而可用于改变光波的偏振态(例如从线偏振光变成圆偏振光，从椭圆偏振光变成线偏振光等)，或者检查光波的偏振态。制作波片的材料通常有云母、石膏、氟化镁、蓝宝石、结晶石英等单轴或双轴晶体。复合波片是由若干片晶片组合而成，且各片晶片的光轴互成一定的角度。其中，由两片或多片相同材料的晶片构成的复合波片可用于改善波片的精度，称为非消色差复合波片；而由不同种材料的两片或多片晶片组合而成的复合波片可用于消除波片本身的色差，称为消色差复合波片。复合波片的这种改善波片精度及消除波片本身色差的性能是单片晶片所不能达到的，因此使得复合波片在光学仪器设计与光学测量中获得了广泛的应用，如用于制作旋转补偿器等。在实际应用中，为了保证复合波片的总相位延迟精度以及仪器测量的精度，往往要求组成复合波片的各片晶片的光轴严格对准标定。

从一些晶片生产公司来看，实际生产应用中对于复合波片的对准多采用手动方式凭经验进行对准，即首先固定其中的一片晶片，然后手动转动另外一片晶片，通过肉眼比较复合波片的实际相位延迟与理想相位延迟之间的差别。当复合波片的实际相位延迟与理想相位延迟之间的差别达到可以接受的程度即认为复合波片已经对准完毕。对于由多片晶片组成的复合波片，可以首先将组成复合波片中的两片晶片进行对准，然后将已对准的由两片晶片组成的复合波片看作一片晶片再与其他晶片依次进行对准。这种手动对准方式，虽然操作过程相对简单，但是对准精度难以保证，对于一些对复合波片对准精度要求较高的应用场合往往难以满足测量的精度要求。国外方面，美国宾夕法尼亚州立大学的柯林斯等人(R.W.Collins et al.，J.Opt.Soc.Am.A，Vol.18，pp.1980-1985，2001)将待对准复合波片安装在一高精度旋转台上，然后将高精度旋转台置于旋转检偏器式椭偏仪的样品台上，并将旋转检偏器式椭偏仪的起偏臂和检偏臂对打以测量偏振光透过复合波片之后的振幅比值。在对准过程中，由高精度旋转台来控制晶片的转动，通过观察椭偏仪所测得的偏振光透过复合波片之后振幅比值高频振动幅值的大小来实现复合波片的对准。柯林斯等人所提的对准方法尽管较传统手动对准方式的对准精度要高，但是复合波片的对准过程相对复杂，且最终的对准精度与操作人员的经验有较大的相关性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合波片光轴对准装置，该装置可以实现对复合波片中两片或多片晶片的光轴进行高精确对准，且结构简易，操作简单。

本发明提供的一种复合波片光轴对准方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步将线偏振光垂直投射到待对准复合波片的一片晶片上，并从复合波片的另一片晶片垂直出射；

第2步利用探测器接受从所述另一片晶片垂直出射的透射光强信号，线偏振光经过待对准复合波片后偏振态会发生变化，所述透射光强信号中包含有待对准复合波片的实际相位延迟信息；

第3步由第2步得到的透射光强信号可进一步获得待对准复合波片的实际相位延迟；

第4步将第3步得到的复合波片的实际相位延迟与理想相位延迟比较，得到在存在对准误差α时复合波片的相位延迟波动量；

第5步计算在要求的对准精度α₀下复合波片相位延迟波动量的变化幅值A(α₀)；

第6步固定复合波片的一片晶片，根据实时得到的复合波片相位延迟波动量变化幅值A(α)与A(α₀)的相对大小转动另外一片晶片，直至满足：

A(α)≤A(α₀)

这样将两片晶片光轴的对准误差控制到α≤α₀。

本发明提供的一种复合波片光轴对准装置，其特征在于，该装置包括光源，起偏器，固定波片卡盘，旋转波片卡盘，旋转检偏器，探测器，电控旋转台，计算机，步进电机和电控旋转台控制器；光源，起偏器，电控旋转台，旋转检偏器和探测器依次位于同一光路上；电控旋转台位于起偏器和旋转检偏器之间，且固定波片卡盘与旋转波片卡盘的晶片装载平面相互平行，二者垂直于入射光束；探测器和计算机相连。