[发明专利]一种补偿任意光学相位延迟的波片组设计方法

说明书

本发明公开了一种补偿任意光学相位延迟的波片组设计方法，包括：1)将波片组置于待补偿光学相位延迟的光学系统光路的前端或后端；2)以待补偿光学相位延迟的光学系统作参考，光学系统的快轴方向为横坐标，建立笛卡尔坐标系；3)将相应琼斯矩阵依次左乘，得到经波片组调制后的光学系统的琼斯矩阵；4)将相应琼斯矢量依次左乘，得到出射光波的琼斯矢量；5)将调制后的出射光波的琼斯矢量与所需出射光波偏振态对应的琼斯矢量进行比较，计算出需要调节的波片组中各个波片跟参考坐标系横坐标夹角；6)根据计算出的波片组中各个波片跟参考坐标系横坐标夹角，转动波片组中各个波片，完成对待补偿光学相位延迟光学系统产生的光学相位延迟的补偿。

技术领域

本发明涉及晶体波前相位补偿技术领域、偏振调制技术领域，具体涉及一种补偿任意光学相位延迟的波片组设计方法。

背景技术

随着光纤通信技术、超分辨显微技术、光纤传感技术等技术的发展，对光学相位的精确控制带来了更高的要求。由于光学系统中的各种偏振器件的存在，会诱发光学相位延迟，继而使得光的偏振态发生变化，最终直接影响光学系统的能量利用率或成像效果。因此，必须对光学系统中非设计因素导致的光学相位延迟加以补偿，以消除或减小系统中非设计因素引入的光学相位延迟的影响，从而能够提高光学系统的工作效率和工作质量。

在吴闻迪等人的专利文献《双波长光学相位延迟器》，公开号为CN105700059A中，提供了一种针对光学相位延迟补偿的波片组合，该专利文献采用了单片双折射晶体片组合，通过计算需补偿光学相位的双折射晶体片的厚度，改变双折射晶体片的厚度来获得所需光学相位差。但是本发明具有局限性，只能针对固定的光学相位延迟进行补偿。在光学相位延迟补偿方面局限性较大，并且该专利技术需调节双折射晶体片的厚度来改变光学相位差，操作复杂，实现难度大。而在赵书清等人的专利文献《光学相位延迟器》，公开号为CN1387071A中，使用双折射晶体对光束进行分束，一束为寻常光，另一束为非寻常光，然后使用平行分束片对这两束偏振光进行耦合，控制两个分束片光轴的角度可获所需的光学相位延迟，但是依然存在一些缺陷：其一，采用双折射晶体分束的方法，会导致光学相位延迟量精度不高；其二，在产生所需光学相位延迟时，必须通过改变平行分束片的厚度来实现，操作复杂，成本较高，普适性较差。

发明内容

本发明针对现有光学相位延迟补偿器普适性、通用性、灵活性较差，对于光学系统中光学相位延迟补偿过于复杂、并且补偿精度不高等技术问题，提出了一种补偿任意光学相位延迟的波片组设计方法。利用由半波片和四分之一波片组成的波片组产生的光学相位差，对待补偿光学相位延迟的光学系统中非设计因素产生的光学相位延迟进行补偿，这种补偿方式通过调节半波片以及四分之一波片与参考坐标系横坐标的夹角，便可实现对光学系统中产生的任意的光学相位延迟的补偿。

一种补偿任意光学相位延迟的波片组设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将波片组置于待补偿光学相位延迟的光学系统光路的前端或后端，波片组垂直于光路中光波传播方向放置，用于补偿待补偿光学相位延迟的光学系统产生的光学相位延迟；

2)以待补偿光学相位延迟的光学系统作参考，光学系统的快轴方向为横坐标，光学系统的慢轴方向为纵坐标，建立笛卡尔坐标系；

3)将待补偿光学相位延迟的光学系统的琼斯矩阵和步骤1)中波片组的琼斯矩阵按照光路中光波入射次序依次左乘，得到经波片组调制后的光学系统的琼斯矩阵；

4)将步骤3)中经波片组调制后的待补偿光学相位延迟的光学系统的琼斯矩阵与入射光波琼斯矢量依次左乘，得到经待补偿光学相位延迟的光学系统、波片组调制后的出射光波的琼斯矢量；

5)将步骤4)中经待补偿光学相位延迟的光学系统、波片组调制后的出射光波的琼斯矢量与所需出射光波偏振态对应的琼斯矢量进行比较，计算出需要调节的波片组中各个波片跟参考坐标系横坐标夹角；