[发明专利]波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置和方法

权利要求书

1.一种波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，特征在于其构成是：

沿准直激光器(1)输出的光束前进方向上，依次是圆起偏器(2)、一维光栅(4)，入射激光束经该一维光栅(4)后形成正一级级子光束、零级子光束和负一级级子光束，在所述的零级子光束方向依次是标准四分之一波片(5)、第二渥拉斯顿棱镜(6)、第二准直透镜(7)、衰减器(8)和第二双象限探测器(9)，沿所述的负一级子光束的前进方向依次是第一渥拉斯顿棱镜(10)、第一准直透镜(11)和第一双象限探测器(12)，沿所述的正一级级子光束的前进方向，依次是第三渥拉斯顿棱镜(13)、第三准直透镜(14)和第三双象限探测器(15)，所述的第一双象限探测器(12)、第二双象限探测器(9)和第三双象限探测器(15)的输出端接信号处理系统(16)，所述的标准四分之一波片(5)的快轴与水平方向成0°夹角；所述的第二渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；在所述的圆起偏器(2)和一维光栅(4)之间设有待测波片插口。

2.根据权利要求1所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的圆起偏器(2)由一个线起偏器和一个四分之一波片组成，所述的四分之一波片的快轴与所述的线起偏器的透光轴所成的角度为45°或135°。

3.根据权利要求2所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的线起偏器为偏振片、偏振棱镜或偏振相位掩膜。

4.根据权利要求1或2所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的标准四分之一波片和所述的四分之一波片为晶体材料型四分之一波片、多元复合型四分之一波片、反射棱体型四分之一波片或双折射薄膜型四分之一波片。

5.根据权利要求1所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器为具有双象限的光电二极管、光电三极管、光电倍增管或者光电池。

6.根据权利要求1所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的衰减器为镀反射薄膜的光学平板、有色玻璃平板或其它光吸收材料制作的平板。

7.根据权利要求1所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的第一渥拉斯顿棱镜(10)的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜(13)的两个偏振轴都分别与水平方向成45°和135°夹角；或所述的第一渥拉斯顿棱镜(10)的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜(13)的两个偏振轴都分别与水平方向成0°和90°夹角夹角。

8.根据权利要求1所述的波片相位延迟量和快轴方位角的实时测量装置，其特征在于所述的信号处理系统(16)由信号采集电路、信号放大电路和带有数据处理与分析软件的计算机所构成。

9.利用权利要求1所述的波片相位延迟量与快轴方位角的实时测量装置测量波片的相位延迟量和快轴方位角的方法，其特征在于包括下列步骤：

①将待测的波片(3)插入所述的圆起偏器和所述的一维光栅之间的待测波片的插口中并调整光路；

②开启所述的脉冲光强调制的准直激光器，所述的第一双象限探测器、第二双象限探测器和第三双象限探测器分别探测经过所述的第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜和第三渥拉斯顿棱镜检偏的光束，得到六个包含待测波片相位延迟量和快轴方位角信息的光强信号I_a1、I_a2、I_b1、I_b2、I_c1和I_c2，并将该光强信号相应地转变为电信号，然后将该电信号输入所述的信号处理系统；

③当所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角时，所述的信号处理系统进行下列计算：

V1=K1Ia1-K1Ia2K1Ia1+K1Ia2=sin(δ)sin(2θ),]]>

V2=K2Ib1-K2Ib2K2Ib1+K2Ib2=cos(δ),]]>

V3=K3Ic1-K3Ic2K3Ic1+K3Ic2=sin(δ)cos(2θ).]]>

其中，K₁和K₃分别为所述的第一双象限探测器和第三双象限探测器所在的电路系数，K₂为所述的第二双象限探测器所在的电路系数与衰减器系数的乘积，再利用V₁、V₂和V₃计算出待测波片的相位延迟量δ在0°～180°间的值和快轴方位角θ在-90°～90°间的值，即

δ=arcsin(V12+V32),V2>0.707arccos(V2),-0.707≤V2≤0.707180-arcsin(V12+V32),V2<-0.707,]]>

当所述的第一渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成45°和135°夹角，所述的第三渥拉斯顿棱镜的两个偏振轴分别与水平方向成0°和90°夹角时，所述的信号处理系统进行下列计算：

V1=K1Ia1-K1Ia2K1Ia1+K1Ia2=sin(δ)cos(2θ),]]>

V2=K2Ib1-K2Ib2K2Ib1+K2Ib2=cos(δ),]]>

V3=K3Ic1-K3Ic2K3Ic1+K3Ic2=sin(δ)sin(2θ).]]>

其中，K₁和K₃分别为所述的第一双象限探测器和第三双象限探测器所在的电路系数，K₂为所述的第二双象限探测器所在的电路系数与衰减器系数的乘积，再利用V₁，V₂和V₃计算出待测波片的相位延迟量δ在0°～180°间的值和快轴方位角θ在-90°～90°间的值，即

δ=arcsin(V32+V12),V2>0.707arccos(V2),-0.707≤V2≤0.707180-arcsin(V32+V12),V2<-0.707,]]>