[发明专利]一种快速测量宽波段波片相位延迟量的装置和方法

说明书

本发明公开了一种快速测量宽波段波片相位延迟量的装置及方法，装置由波长可调谐激光光源、起偏偏振片、待检波片、检偏偏振片、能量探测组件组成，待检波片位于两片偏振片中间，旋转待检波片导致出射光能量变化，通过测试出光能量的方式来准确标定波片相位延迟量。本发明的方法基于偏振光在器件中传播的穆勒矩阵和斯托克斯矢量表示法，将待检波片放置于两片透光轴方向相同的偏振片中间，通过旋转波片测试出光能量的最大值与最小值，利用斯托克斯矢量法推导得出待测波片相位延迟量与出射能量最大值、最小值的对应关系，从而通过测量出射能量来准确快速标定待测波片的相位延迟量。

技术领域

本发明涉及波片参数的检测及标定，具体涉及一种快速测量宽波段波片相位延迟量的装置和方法。它适用于偏振光学系统、椭圆偏振测量、激光技术等与偏振相关的测量与检测领域。

背景技术

光是一种横波，具有偏振的特性。根据光在偏振器件中传播时偏振态发生改变的性质，人们能够根据需要改变其偏振态。随着对光的偏振性研究的加深,发现偏振具有广泛的应用前景，因此偏振技术开始进入到实用化阶段。偏振信息能够进行对目标的探测，在气象探测、地物遥感探测、水下空间探测、天文探测、医学诊断、图像处理和军事应用等领域起到重要的作用；尤其在量子通信领域，利用光子的偏振态代替经典二进制码(bit)承载编码不同的信息，结合量子纠缠效应能够实现量子密钥的分发，达到量子保密通信的目的，如我国之前成功研制发射的墨子号量子通信卫星。所以，如何更好的应用光的偏振信息已经是一个热门的科研方向，需要研究人员不断研发改进，得到的研究成果也有很宽广的应用领域。

波片是偏振光学领域中常用的光学元件，它是基于晶体双折射特性制成的偏振光学器件,也称相位延迟器。它能够改变光的偏振态，具体原理是其能够产生附加光程差(或相位差)，耦合到偏振光的两个垂直分量上来改变光的偏振态，该光程差称为波片的相位延迟量。常用的波片有1/4波片和1/2波片。波片的相位延迟特性不仅能够改变光的偏振态，还可以应用到光纤通信、光弹力学、光波的偏振态检查以及各种偏振光技术等领域，应用前景十分广泛。目前使用比较广泛的有块状波片和光纤波片，其中块状波片是通过将单轴晶体沿着光轴方向切制而成的厚度均匀的平行薄片。块状波片按制作工艺来分有真零级波片、多级波片、胶合零级波片和消色差波片。光纤波片则是由双折射光纤为材料制成的，又分为应力双折射光纤和几何双折射光纤。

为了检测波片的延迟精度和效果，就需要对波片的相位延迟量进行测量。目前对波片相位延迟的检测有光学补偿法、移相法、电光晶体调制法及激光频率分裂法等。专利号CN201810536990提供了一种波片面相位延迟量的检测方法与装置，利用ZYGO干涉仪测量波片的面相位延迟量，通过厚度来反演波片的相位延迟量，该方法为间接测量相位延迟量，其测试精度有限；专利CN201710229703提供了一种波片快慢轴检测方法，该方法仅提供光轴的检测方法，未涉及相位延迟的测量；专利CN201610029435提供了一种波片检测装置及方法，该方法能够测量包括相位延迟量、快轴方位角、旋光角、快慢轴透过率幅值比角、退偏指数等参数，该方法测试过程过于复杂。

本发明从便于检测和操作的角度出发，提出了一种基于偏振光在器件中传播的穆勒矩阵和斯托克斯矢量表示法，将待检波片放置于两片透光轴方向相同的偏振片中间，仅仅通过旋转波片测试出光能量的最大值与最小值，即可推导得出待测波片相位延迟角与出射能量最大值、最小值的对应关系，从而准确快速标定待测波片的相位延迟量。该方法在实际的生产加工和检测过程中，可以满足便捷和易于操作性的检测要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速测量宽波段波片相位延迟量的装置和方法，主要为了满足实际的大规模生产加工过程中，对波片检测方式的便捷和易于操作性的检测要求。