[发明专利]一种光偏振微小转角的光学干涉检测装置及方法

权利要求书

1.一种光偏振微小转角的光学干涉检测装置，其特征在于：包括激光器（1）、分束器（2）、第一二分之一波片（3）、第一反射镜（4）、第一起偏器（5）、旋光介质（6）、消偏振分光棱镜（7）、检偏器（8）、光电探测器（9）、数字处理器（10）、光偏振方向调制组件（11）、第二起偏器（12）、第二二分之一波片（13）和第二反射镜（14）；第一起偏器（5）放置在第一反射镜（4）的后侧，第二起偏器（12）放置在第二反射镜（14）的后侧，第一起偏器（5）和第二起偏器（12）的透光方向均与检偏器（8）的透光方向垂直；消偏振分光棱镜（7）是反射率/透射率为50/50的消偏振分光棱镜；分束器（2）、第一二分之一波片（3）、第一起偏器（5）、第二二分之一波片（13）与第二起偏器（12）配合使用以调节第一光束、第三光束的光强，同时需保证第三光束的光强大于第一光束的光强；激光器（1）产生的光束经分束器（2）分成两束光，其中一束光经第一二分之一波片（3）、第一反射镜（4）、第一起偏器（5）后变为第一光束，第一光束经过旋光介质（6）后其偏振方向会附加一微小转角，之后经消偏振分光棱镜（7）、检偏器（8）变为第二光束，另外一束光经第二反射镜（14）、第二二分之一波片（13）、第二起偏器（12）后变为第三光束，第三束光经光偏振方向调制组件（11）、消偏振分光棱镜（7）、检偏器（8）变为第四光束，第二光束和第四光束为两束干涉光束，二者合成一束光进入光电探测器（9），干涉光强信号经光电探测器（9）转变为电信号，光偏振微小转角的变化会引起电信号中与光偏振方向调制组件（11）调制频率一致的一次谐波信号强度的变化，数字处理器（10）的锁相放大器模块用于对电信号中频率为ω、2ω的一次谐波信号S_ω、二次谐波信号S_2ω进行提取，并通过以下两种方案之一计算光偏振微小转角I_s为第一光束的光强，或其中θ₀为预先标定好的微小转角，S₀为其对应的一次谐波信号幅值。

2.根据权利要求1所述的光偏振微小转角的光学干涉检测装置，其特征在于：所述分束器（2）为消偏振分光棱镜、偏振分光棱镜或者其它具有分光功能的光学器件。

3.根据权利要求1所述的光偏振微小转角的光学干涉检测装置，其特征在于：所述旋光介质（6）为使线偏振光偏振方向产生旋转的媒介。

4.根据权利要求1所述的光偏振微小转角的光学干涉检测装置，其特征在于：所述光偏振方向调制组件（11）是法拉第调制器或电光调制器等对线偏振光振动方向进行调制的器件。

5.一种光偏振微小转角的光学干涉检测方法，其特征在于：通过以下两种计算光偏振微小转角的方案之一来实现：

（1）采用第一种方案计算光偏振微小转角θ的步骤如下:

A.微调第一光束、第三光束的有效光程，使得检偏器（8）后的光强信号最强；

B.测量第一光束的光强I_s；

C.用数字处理器（10）的锁相放大器模块提取电信号中频率为ω、2ω的一次谐波信号S_ω、二次谐波信号S_2ω；

D.计算光偏振微小转角:

θ=Sω2S2ωIs]]>

从而实现了对光偏振微小转角θ的测量；

（2）采用第二种方案计算光偏振微小转角θ的步骤如下:

A.微调第一光束、第三光束的有效光程，使得检偏器（8）后的光强信号最强；

B.通过预先标定好的微小转角θ₀和一次谐波信号幅值S₀，计算微小转角和一次谐波信号之间的比例系数，即:

S₀＝Kθ₀

比例系数:

K=S0θ0;]]>

C.利用数字处理器（10）的锁相放大器模块提取到的一次谐波信号S_ω计算光偏振微小转角θ，有：

θ=SωK=θ0S0Sω]]>

从而实现对微小转角θ的测量。