[发明专利]一种复合波片光轴对准方法

说明书

技术领域

本发明属于复合波片技术领域，具体涉及一种复合波片光轴对准方法，适用于复合波片中两片或多片晶片的光轴的精确对准与标定。

背景技术

波片是光学仪器设计与光学测量领域中常用的光学元件，又叫光学相位延迟片，它能够使得偏振光的两个垂直分量产生附加光程差（或成为相位差），从而改变偏振光的偏振态，或者用于检查光波的偏振态。波片通常由单轴或者双轴晶体材料制成，所以也可以成为晶片，用于制作波片的材料通常有石英、氟化镁、云母、石膏、蓝宝石等。由单个晶片组成的波片称为单波片，由两片或者多片晶片组成的波片称为复合波片。

复合波片是由若干片晶片组合而成，且各晶片的光轴互成一定的角度，通常光轴之间互相垂直布置。其中，双波片是最简单最常见的一种复合波片，由两片同种材料或者不同材料的晶片按照光轴互相垂直组合而成。由两片同种材料晶片构成的双波片复合波片，当光轴垂直布置时，与同材料的单波片具有同样的相位延迟效果，两个晶片的厚度之差为复合波片的等效光程，这样可以克服单波片由于太薄而难以加工等缺点，从而改善波片的精度。而由不同种材料的两片晶片组合而成的双波片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。在实际应用中，为了在较宽波段范围实现相位延迟量的消色差效果，通常会设计制作更复杂的消色差复合波片，这些复合波片由多片同种材料或者不同材料的晶片组合而成，而各单片光轴之间的夹角为优化设计的角度值。

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按照设计的夹角严格对准标定。从一些波片生产公司来看，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。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。另外一种波片对准方式是消光法，这种方法将波片放在两个垂直布置的偏振片之间，这样根据光路出射光的消光现象进行判断波片光轴是否对准。消光法的缺点是，消光通常发生在一个波长点下，而通过一个波长点的消光很难判断波片光轴是否对准，为此需要换不同波长的激光光源，并调整光路，操作复杂，而且对准精度不高。

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的高频振动幅值的大小来实现复合波片的对准。这种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。目前也有一种通过检测和控制复合波片相位延迟量光谱曲线中波动幅值的大小来指导复合波片对准的方法，该方法从理论上能够对复合波片进行高精度对准，但是由于复合波片相位延迟量光谱曲线的波动对复合波片间的对准误差不是十分敏感，当相位延迟量检测设备的精度不够时，复合波片的对准精度就无法得到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合波片的光轴对准方法，该方法通过检测并消除复合波片光谱信息中的波动，从而实现对复合波片中两片或多片晶片的光轴进行精确对准。

实现本发明目的所采用的具体技术方案如下。

一种复合波片的光轴对准方法，用于实现复合波片中多个波片光轴的精确对准，其中，对于任意相邻的两波片，其光轴对准包括：

将两波片的其中一波片固定，另一波片与固定波片沿光轴方向平行布置的步骤，其中该另一波片可相对固定波片绕中心轴线转动；

将偏振光垂直入射到该固定波片上，并依次经过固定波片和可转动的波片后出射的步骤；

探测出射光束的光强信号，并对光强信号进行分析，以得到由固定波片和旋转波片组成的复合波片光谱信息的步骤；以及

比较得到的复合波片光谱信息与理想光谱信息，以得到两者差值的步骤；