[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

摘要

本发明公开了一种激光增益介质包边界面剩余反射的偏振测量方法及装置，通过引入等效导纳的概念来简化激光玻璃包边界面的剩余反射模型，椭圆偏振光经过激光玻璃和等效导纳的界面反射后，其偏振态和相位都会发生变化，进而通过偏振态和相位的变化求解出p光和s光的剩余反射率，最后得到总的激光玻璃包边界面的剩余反射率，并且通过激光玻璃装夹装置的精密定位来改变入射光的入射角和入射点，从而可以方便地测量激光玻璃包边界面在不同入射角和不同测量点情况下的剩余反射。

主权项

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。