高偏振消光比的偏振片及其制作方法和測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偏振消光比測(cè)試技術(shù)，尤其涉及一種高偏振消光比的偏振片及其制作方法和測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光偏光技術(shù)的不斷發(fā)展，偏光器件在光傳感、光電信息處理以及光通信領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。偏振消光比是評(píng)價(jià)偏光器件性能優(yōu)劣最主要的性能指標(biāo)，快速、精確的測(cè)量偏光器件的偏振消光比是激光偏光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題之一。
[0003]旋轉(zhuǎn)檢偏器法是現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試偏振消光比的主要技術(shù)手段，其原理如圖1所示，輸入光接口、準(zhǔn)直透鏡、偏光棱鏡和光電探測(cè)器四者按圖中排列方式同光軸設(shè)置，旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制偏光棱鏡旋轉(zhuǎn)使入射光束中兩個(gè)相互正交的偏振分量交替通過(guò)偏光棱鏡入射至光電探測(cè)器中，經(jīng)信號(hào)處理電路后得到兩個(gè)相互正交偏振分量的光功率Pmax和Pmin，依據(jù)公式ER=1Xlg (Pmax/Pmin)就可計(jì)算得出入射光的偏振消光比；存在的問(wèn)題是:現(xiàn)有技術(shù)中，用于前述旋轉(zhuǎn)檢偏器法的偏光棱鏡自身的偏振消光比最高僅能達(dá)到55dB，且由于光路不可避免的存在裝配誤差，因此基于前述偏光棱鏡的偏振消光比測(cè)試裝置所能測(cè)量的最大偏振消光比一般還要低于55dB，這就使得偏振消光比測(cè)試裝置的測(cè)量上限較低，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代精密光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)偏振消光比精確測(cè)量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高偏振消光比的偏振片，其創(chuàng)新在于:所述偏振片的基體采用由鈮酸鋰晶體切割而成的鈮酸鋰晶片；所述鈮酸鋰晶片為片狀結(jié)構(gòu)體，鈮酸鋰晶片的正、反面各設(shè)置有一光波導(dǎo)區(qū)，兩個(gè)光波導(dǎo)區(qū)的截面尺寸相同、位置正對(duì)；所述鈮酸鋰晶片表面光波導(dǎo)區(qū)以外的區(qū)域覆蓋有阻光膜層；鈮酸鋰晶片表面與鈮酸鋰晶體的Y-Z切向或X-Z切向平行。
[0005]如【背景技術(shù)】中所述的，現(xiàn)有的偏振消光比測(cè)試裝置，由于受限于偏光棱鏡的偏振消光比上限，無(wú)法對(duì)更高的偏振消光比進(jìn)行測(cè)量，于是發(fā)明人考慮尋找一種自身具備很高偏振消光比的器件來(lái)替代偏光棱鏡，以進(jìn)一步拓展偏振消光比測(cè)試裝置的測(cè)量上限，為此，發(fā)明人進(jìn)行了大量的探索，并最終得出了本發(fā)明的方案；本發(fā)明的原理是:基于現(xiàn)有理論可知，退火質(zhì)子交換工藝制作的鈮酸鋰光波導(dǎo)自身具有很高的偏振消光比，而且通過(guò)在光波導(dǎo)芯片端面光波導(dǎo)芯區(qū)以外的區(qū)域蒸鍍阻光膜層隔離輻射模對(duì)導(dǎo)模的串?dāng)_，其偏振消光比可達(dá)到SOdB以上，但受限于常規(guī)思路，現(xiàn)有技術(shù)中僅在光纖光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用了退火質(zhì)子交換鈮酸鋰光波導(dǎo)的高偏振消光比這一特性；發(fā)明人在尋找偏光棱鏡的替代物時(shí)發(fā)現(xiàn)，鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片的高偏振消光比特性與偏光棱鏡在偏振消光比測(cè)試裝置中所起的作用十分契合，于是發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行了深入研宄，并為了使鈮酸鋰光波導(dǎo)芯片適應(yīng)偏振消光比測(cè)試裝置的需求，設(shè)計(jì)出了一種新結(jié)構(gòu)的偏振片，此偏振片是這樣發(fā)揮作用的:參見(jiàn)圖4，在鈮酸鋰晶片上制作出光波導(dǎo)區(qū)后，光波導(dǎo)區(qū)內(nèi)沿鈮酸鋰晶體Z切向偏振光矢量的折射率將會(huì)增加，而沿鈮酸鋰晶體Y切向和X切向的偏振光矢量的折射率將會(huì)減小，故僅有沿鈮酸鋰晶體Z切向的偏振光可以在光波導(dǎo)中激勵(lì)起穩(wěn)定的導(dǎo)模向前傳輸，而沿晶體X切向和Y切向的偏振光則形成輻射模進(jìn)入光波導(dǎo)區(qū)以外的區(qū)域并被阻光膜層所阻擋，因此通過(guò)光波導(dǎo)區(qū)向外透射的光波中僅包含沿鈮酸鋰晶體Z切向的偏振光(鈮酸鋰晶片的大平面分別與鈮酸鋰晶體的X-Z切向和Y-Z切向平行時(shí)，原理相同，二者的差異僅對(duì)工藝有一定影響，后文會(huì)另外介紹)；將偏振消光比測(cè)試裝置中的偏光棱鏡替換為前述偏振片后，結(jié)合鈮酸鋰光波導(dǎo)的高偏振消光比性質(zhì)，即可讓偏振消光比測(cè)試裝置的測(cè)量上限得到大幅擴(kuò)展，改善其性會(huì)K。
[0006]優(yōu)選地，所述銀酸鋰晶片的厚度為l~10mm。
[0007]優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)區(qū)的截面為圓形，所述光波導(dǎo)區(qū)的直徑為4~100_ ;所述鈮酸鋰晶片的形狀為與光波導(dǎo)區(qū)同心的圓盤形。
[0008]優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)區(qū)采用退火質(zhì)子交換工藝制作。退火質(zhì)子交換工藝的工藝步驟及工藝參數(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相同。
[0009]優(yōu)選地，所述鈮酸鋰晶片表面與鈮酸鋰晶體的Y-Z切向平行。之所以選擇Y-Z切向，是因?yàn)?鈮酸鋰晶片的表面取向?yàn)閄-Z切向時(shí)，鈮酸鋰晶片在退火質(zhì)子交換工藝中易受到質(zhì)子交換熔液的腐蝕作用，形成的光波導(dǎo)損耗偏大，穩(wěn)定性不好。
[0010]優(yōu)選地，所述阻光膜層采用鈦膜。
[0011]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施，本發(fā)明還公開(kāi)了前述高偏振消光比的偏振片制作方法，按如下步驟制作偏振片:
1)將鈮酸鋰晶體切割為片狀結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰晶片；鈮酸鋰晶片表面與鈮酸鋰晶體的Y-Z切向或X-Z切向平行；
2)在鈮酸鋰晶片表面淀積金屬膜層，形成阻光膜層；
3)在鈮酸鋰晶片的正面和背面各設(shè)置一圓形的操作區(qū)，兩個(gè)操作區(qū)直徑相同、位置相對(duì)，操作區(qū)的直徑為4~100mm;采用光刻、顯影或腐蝕工藝，去除操作區(qū)范圍內(nèi)的阻光膜層；
4)將鈮酸鋰晶片浸入質(zhì)子源熔液中進(jìn)行充分交換，然后將鈮酸鋰晶片置入退火爐中退火；前述質(zhì)子源熔液的成分、含量、質(zhì)子交換時(shí)的工藝條件、操作方式以及退火工藝中的各種參數(shù)條件均采用現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)選工藝進(jìn)行；
加工完成后，鈮酸鋰晶片的正、反面各形成一光波導(dǎo)區(qū)，鈮酸鋰晶片表面光波導(dǎo)區(qū)以外的區(qū)域被阻光膜層所覆蓋。
[0012]優(yōu)選地，步驟I)中，切割出的鈮酸鋰晶片的形狀為與光波導(dǎo)區(qū)同心的圓盤形，鈮酸鋰晶片的厚度為鈮酸鋰晶片表面與鈮酸鋰晶體的Y-Z切向平行；步驟2)中，所述金屬膜層采用鈦膜；步驟3)中，質(zhì)子源熔液采用苯甲酸和苯甲酸鋰組成的緩沖質(zhì)子源熔液。
[0013]基于前述方案，本發(fā)明還公開(kāi)了一種高偏振消光比的偏振消光比測(cè)試裝置，其創(chuàng)新在于:所述偏振消光比測(cè)試裝置由輸入光接口、兩塊準(zhǔn)直透鏡、偏振片、夾具、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、光電探測(cè)器和信號(hào)處理電路組成；
所述偏振片的基體采用由鈮酸鋰晶體切割而成的鈮酸鋰晶片；所述鈮酸鋰晶片為片狀結(jié)構(gòu)體，鈮酸鋰晶片的正、反面各設(shè)置有一光波導(dǎo)區(qū)，所述光波導(dǎo)區(qū)的截面為圓形，兩個(gè)光波導(dǎo)區(qū)的截面尺寸相同、位置正對(duì)；所述鈮酸鋰晶片表面光波導(dǎo)區(qū)以外的區(qū)域覆蓋有阻光膜層；所述光波導(dǎo)區(qū)的直徑為4~100mm ;鈮酸鋰晶片表面與鈮酸鋰晶體的Y_Z切向或X-Z切向平行；所述光波導(dǎo)區(qū)的軸心線形成偏振片的光軸；
輸入光接口、準(zhǔn)直透鏡、偏振片和光電探測(cè)器同光軸設(shè)置，其中，偏振片置于兩塊準(zhǔn)直透鏡之間，輸入光接口和光電探測(cè)器分別設(shè)置于兩塊準(zhǔn)直透鏡的外側(cè)；
偏振片通過(guò)夾具與旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)能驅(qū)動(dòng)偏振片以偏振片的光軸為旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；光電探測(cè)器的輸出部與信號(hào)處理電路電氣連接。
[0014]優(yōu)選地，所述鈮酸鋰晶片在光波導(dǎo)區(qū)軸向上的厚度為;所述鈮酸鋰晶片的形狀為與光波導(dǎo)區(qū)同心的圓盤形；所述光波導(dǎo)區(qū)采用退火質(zhì)子交換工藝制作；所述鈮酸鋰晶片表面與鈮酸鋰晶體的Y-Z切向平行；所述阻光膜層采用鈦膜。
[0015]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:提供了一種用于替換偏振消光比測(cè)試裝置中現(xiàn)有偏光棱鏡的新的偏振片，使偏振消光比測(cè)試裝置的測(cè)量上限得到提升，改善偏振消光比測(cè)試裝置的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1、現(xiàn)有偏振消光比測(cè)試裝置的原理示意圖；
圖2、本發(fā)明偏振片的大平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3、本發(fā)明偏振片的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4、本發(fā)明偏振片的起偏原理示意圖(圖中X、Y和Z分別表示鈮酸鋰晶體的X切向、Y切向和Z切向)；
圖5、基于本發(fā)明方案的偏振消光比測(cè)試裝置的原理示意圖；
圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為:鈮酸鋰晶片1、光波導(dǎo)區(qū)2、阻光膜層3、輸入光接口 4、兩塊準(zhǔn)直透鏡5、旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、光電探測(cè)器7、信號(hào)處理電路8、偏光棱鏡9、本發(fā)明的偏振片10。
【具體實(shí)施方式】
[0017]一種高偏振消光比的偏振片，其創(chuàng)新在于:所述偏振片10的基體采用由鈮酸鋰晶體切割而成的鈮酸鋰晶片I ;所述鈮酸鋰晶片I為片狀結(jié)構(gòu)體，鈮酸鋰晶片I的正、反面各設(shè)置有一光波導(dǎo)區(qū)2，兩個(gè)光波導(dǎo)區(qū)2的截面尺寸相同、位置正對(duì)；所述鈮酸鋰晶片I表面光波導(dǎo)區(qū)2以外