[发明专利]激光增益介质包边界面剩余反射的偏振测量方法及装置

权利要求书

1.激光增益介质包边界面剩余反射的偏振测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、激光光束依次经过起偏器、1/4波片后形成椭圆偏振光，椭圆偏振光照射激光玻璃样品的前表面，椭圆偏振光进入到激光玻璃样品内，并由激光玻璃包边界面反射，反射后的椭圆偏振光从激光玻璃样品的后表面出射并经检偏器检偏，椭圆偏振光在激光玻璃样品前表面的入射角为θin，激光光束在激光玻璃样品前表面的折射角为θ₀，激光光束在激光玻璃样品等效界面的入射角为θ₁，激光光束在激光玻璃样品等效界面的折射角为θ₂，激光光束在激光玻璃样品后表面的入射角为θ₃，激光光束在激光玻璃样品后表面的折射角为θout；

（2）、定义激光玻璃的复折射率为，等效介质的等效导纳为根据菲涅尔反射公式，椭圆偏振光水平偏振分量-s光和垂直偏振分量-p光在等效界面上的复反射系数分别为和，具体公式（1）和（2）：

rs~=n~cosθ1-N~cosθ2n~cosθ1+N~cosθ2---(1)]]>

rp~=n~cosθ2-N~cosθ1n~cosθ2+N~cosθ1---(2)]]>

其中n~sinθ1=N~sinθ2---(3)]]>

定义公式(1)和公式(2)的比值，得到椭圆偏振法的基本公式为：

tanψ·exp(iσ)=rp~rs~=Epr/EsrEpi/Esi---(4)]]>

其中，E_pr、E_sr、E_pi、E_si分别是等效界面上反射光的p波、s波与入射光的p波、s波的振动矢量；

将公式(1)、公式(2)带入公式(4)得到：

tanψ·exp(iσ)=n~cosθ2-N~cosθ1n~cosθ2+N~cosθ1n~cosθ1-N~cosθ2n~cosθ1+N~cosθ2---(5)]]>

其中tanψ=(Ap/As)r(Ap/As)i---(6)]]>

σ=β_r-β_i(7)

其中，tanΨ表示p光和s光的振幅之比在等效界面上反射前后的比值；σ表示p光和s光的相位差在等效界面上反射前后的差值；(A_p/A_s)_r为激光玻璃样品后表面透射前的椭圆偏振光的p光和s光的振幅比，(A_p/A_s)_i为激光玻璃样品前表面透射后的椭圆偏振光的p光和s光的振幅比；β_r为激光玻璃样品后表面透射前的椭圆偏振光的p光和s光的相位差，β_i为激光玻璃样品前表面透射后的椭圆偏振光的p光和s光的相位差；

（3）、由于激光玻璃前表面和后表面的透射会改变p光和s光的振幅比，所以激光玻璃前表面和后表面的透射光相对于入射光的p光和s光振幅比的变化关系表示为：

(A_p/A_s)_i=F_front·(A_p/A_s)_front(8)

(A_p/A_s)_rear=F_rear·(A_p/A_s)_r(9)

其中，F_front和F_rear，分别表示激光玻璃样品前表面和后表面对入射光的p光和s光的振幅变化关系系数；

将公式（8）和(9)代入公式(6)，得到：

tanψ=(Ap/As)r(Ap/As)i=(Ap/As)rear(Ap/As)front·1Ffront·Frear---(10)]]>

通过起偏器和检偏器对入射椭圆偏光和出射椭圆偏光进行检偏，分别得到入射椭圆偏光和出射椭圆偏光的长轴方向α_front和α_rear，根据公式（11）和（12）得到(A_p/A_s)_rear和(A_p/A_s)_front，

(A_p/A_s)_front=tan(α_front)(11)

(A_p/A_s)_rear=tan(α_rear)(12)

其中，(A_p/A_s)_rear为激光玻璃样品后表面透射后的椭圆偏振光的p光和s光的振幅比，(A_p/A_s)_front为激光玻璃样品前表面透射前的椭圆偏振光的p光和s光的振幅比；

将公式（11）和（12）带入公式（10），得到：

tanψ=tan(αrear)tan(αfront)·1Ffront·Frear---(13)]]>

又由于激光玻璃样品前表面和后表面的透射不改变p光和s光的相位差，所以有

β_front=β_i(14)

β_rear=β_r(15)

其中，β_front为激光玻璃样品前表面透射前的椭圆偏振光的p光和s光的相位差，β_rear为激光玻璃样品后表面透射后的椭圆偏振光的p光和s光的的相位差；

公式(14)和(15)代入公式(7)，得到：

σ=β_r-β_i=β_rear-β_front(16)

（4）、通过起偏器对入射椭圆偏振光进行调制，使得检偏器检偏的出射光为线偏振光时，可以得到出射光的p光和s光的相位差β_rear=0;此时入射椭圆偏振光的p光和s光的相位差β_front可以通过公式(17)得到：

β_front=π-2ρ-2γ(17)

其中，ρ为起偏器的方位角，γ为1/4波片快轴的方位角；

将公式（17）和β_rear=0带入公式（16）得到：

σ=β_r-β_i=β_rear-β_front=2ρ+2γ-π(18)

（5）、将公式（3）、公式（13）和公式（18）带入公式（5）中求出等效导纳，然后代入菲涅尔公式分别得到p光和s光在等效界面上的反射率为和，最后得到总的激光玻璃包边界面的剩余反射率为R=(R_p+R_s)/2。