[发明专利]一种复合消色差波片相位延迟量测量装置和方法

说明书

本发明涉及一种复合消色差波片相位延迟量测量装置和方法，装置包括：沿设计光路依次设置的单波长光源、准直镜头、起偏器、检偏器、汇聚镜头以及能量检测组件；所述起偏器与检偏器之间设置有第一旋转机构；测量时，待测复合消色差波片与所述第一旋转机构固定连接，并与所述设计光路同光轴设置。本发明首先记录未放待测波片时出射能量值，然后将待测波片放置于透光轴方向相同的起偏器和检偏器中间，通过旋转待测波片测试出光能量的最大值与最小值，由此三个测量值推导得出待测波片相位延迟量与未放待测波片时出射光强、放置波片后出射能量最大值、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。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种复合消色差波片相位延迟量测量装置和方法。

背景技术

波片也称为相位延迟器，是一种重要的偏振光学器件，它可以使偏振光的两个互相垂直的线偏振光之间产生一个相对的相位延迟，从而改变光的偏振态，配合其他偏振器件可实现偏振光的调制和检测，被广泛应用于偏振检测、椭偏测量、光学成像等领域。常见的波片为单波长波片和可见光波段消色差波片，这些波片按照其产生的相位延迟可以分为1/4和1/2波片等，单波长波片在设计波长处可产生特定的相位延迟量，通常由单片双折射材料加工而成，可见光波段消色差波片则通常由两种或多种双折射材料如石英和氟化镁按照一定的厚度和光轴方向匹配设计、加工、组合后在可见光范围内实现基本一致的相位延迟。随着人们对偏振测量、椭偏测量中宽光谱、宽视场角和消色差、消温差的需求，单波长波片和可见光消色差波片在宽光谱、宽视场角、温度变化条件下的有限的相位延迟精度已不能满足人们的测量需求，因此需要将几个单波片按照一定的结构进行组合，来抵消或减弱波长、温度、视场角等对偏振特征参数的影响。这样的波片称为复合消色差波片。复合消色差波片虽然具有更好的相位延迟量和消色差效果，但同时会带来其等效光轴方位角和等效旋光角的色散问题，因此在建立复合消色差波片的穆勒矩阵模型时需同时考虑等效光轴方位角、等效旋光角、等效相位延迟量的综合影响。

为了检测复合消色差波片的延迟精度和效果，需要对波片的相位延迟量进行准确测量。目前针对复合消色差波片相位延迟量测量技术层出不穷，这些技术虽然能够对一些波片的相位延迟量进行精确的测量表征或检测标定，但仍存在如下问题：(1)现有一些技术通常只用于表征一些简单的波片，如单波长波片、小宽带零级波片等，难以用于复杂复合波片的测量表征，如专利CN201910850239提供了一种利用AOTF单色光测量宽波段波片性能的装置及方法，该方法能够较快速、准确的测量单波片或小宽带零级波片的相位延迟量，但其给出的波片穆勒矩阵表达式中只考虑了波片光轴方位角和相位延迟量，未涉及到复合消色差波片表征时等效旋光角和等效光轴方位角的影响；(2)一些激光相关技术只能给出波片在某个波长点的相位延迟量，然后通过色散方程间接算出其他波长的相位延迟量，测试结果准确度差；(3)—些技术具有很髙的测量精度，但检测过程和数据处理都较为复杂，对操作人员技术要求较髙，如；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，但其测试过程和数据处理均非常复杂。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于穆勒矩阵和斯托克斯矢量来表征光路中的偏振器件和偏振光状态，利用不同波长的单色光来检测复合消色差波片相位延迟量的装置以及测量方法。目的是为复合波片生产加工、检测中提供一种结构简单、操作方便的检测仪器以及一种简单、快速、准确的测量方法，提高复合波片的生产效率以及检测的效率和准确性。

本发明中提到的测试装置和测试方法可适用于偏振检测、光学成像、光学通信、椭偏测量等领域。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种复合消色差波片相位延迟量测量装置，包括：沿设计光路依次设置的单波长光源、准直镜头、起偏器、检偏器、汇聚镜头以及能量检测组件；