光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，本實用新型裝置包括共軸設置的光源、起偏器、起偏器、第一轉盤、第二轉盤，待測器件和檢偏器分別固定在第一轉盤和第二轉盤的中空結構內(nèi),保偏分光器將入射光分為與入射光偏振狀態(tài)相同的反射光和透射光，保偏分光器反射光信號后端設置有第二光電探測器，保偏分光器透射光信號由檢偏器后端設置的第一光電探測器接收，第一電機和第二電機分別連接第一轉盤和第二轉盤；反饋控制系統(tǒng)同第一光電探測器、第二光電探測器、第一電機和第二電機相連，第一光電探測器和第二光電探測器與反饋控制系統(tǒng)相連接，將檢測到的光信號轉變?yōu)殡娦盘柡髠鬏斀o反饋控制系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的電信號計算出待測器件的相位延遲參數(shù)和偏振相關損耗參數(shù)，查找器件快軸位置；采用本實用新型使用方便高效。
【專利說明】光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于偏振光學檢測領域，特別是一種不受光源偏振態(tài)變化影響、并能 同時檢測雙折射器件的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，本實用新型屬 于通信領域。

【背景技術】
[0002] 利用雙折射材料制成的雙折射器件，例如波片或相位延遲器（或相位補償器）是 光學實驗和光學儀器中廣泛使用的基礎光學元件。從原理上說，任何具有雙折射效應的材 料都可以用來做成雙折射器件，例如普遍采用的由石英、方解石、氟化鎂或云母等雙折射晶 體制成的晶體相位延遲器、液晶相位延遲器，以及外磁場作用下的磁性液體、W片等等。但 不論使用何種材料，為了測量和使用的方便，雙折射器件的光軸（或等效光軸）通常均平 行于器件表面，入射光均垂直于雙折射器件的光軸（或等效光軸）入射。但是，上述所有 材料除了具有雙折射效應外，還具有二向色性，這會直接導致器件的偏振相關損耗（PDL， Polarization Dependent Loss);而且器件的相位延遲特性和二向色性（即PDL特性）均 是波長的函數(shù)，在某些常用波長范圍內(nèi)，其PDL特性會對器件性能產(chǎn)生很大影響。例如，在 PCSCA型橢偏儀中，兩個旋轉相位補償器的相位延遲特性和偏振相關損耗特性的精確測量 是實現(xiàn)高精度測量的前提，任何殘余偏振都將影響到偏振測量的精度。如果考慮兩個旋轉 補償器的偏振相關損耗特性，該橢偏儀的工作算法必須做出必要的修正。因此，精確測量 兩個旋轉補償器的相位延遲特性和PDL特性就具有極其重要的意義。
[0003] 在對雙折射器件進行特性測量的現(xiàn)有方式中，為了建模及測量分析的方便，通常 將光源看作自然光源，即將光源發(fā)出光信號的偏振度視為0 ;但實際上，常見自然光源（如 氙鎢燈、鹵素燈等）的偏振度通常在10%左右，而且由于輸入光的偏振態(tài)隨時間隨機變化， 輸出光電流也會隨機波動，這就導致測量結果的隨機誤差，影響測量的準確度。但是，在現(xiàn) 有測量方法中，未見有能同時進行光源偏振波動反饋控制的雙折射器件相位延遲和PDL特 性的檢測方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種能消除光源偏振波動對測量 結果的影響、并能同時檢測雙折射器件的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝 置，本實用新型裝置屬于非接觸測量，能夠快速檢測雙折射器件的相位延遲和偏振相關損 耗特性，同時進行光源偏振波動檢測，反饋消除光源功率波動誤差；使用方便高效，可用于 實際生產(chǎn)及研宄工作中進行未知雙折射器件的相位延遲和PDL特性的直接定標，并且測量 結果不受光源和探測器光譜特性的影響。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0006] 光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，包括光源、起偏器、保偏分光 器、待測器件、檢偏器、第一驅動裝置、第二驅動裝置、第一光電探測器、反饋控制系統(tǒng)和第 二光電探測器；其中：起偏器、保偏分光器與光源共傳輸軸放置；保偏分光器的一路輸出與 待測器件、檢偏器、第一光電探測器共光軸放置，保偏分光器的另一路輸出與第二光電探測 器共光軸放置；待測器件能夠由第一驅動裝置驅動下繞其自身光軸旋轉；檢偏器能夠由第 二驅動裝置驅動下繞其自身光軸旋轉；第一驅動裝置和第二驅動裝置與反饋控制系統(tǒng)相連 接，在反饋控制系統(tǒng)的控制下分別驅動待測器件和/或檢偏器旋轉到指定角度；第一光電 探測器和第二光電探測器與反饋控制系統(tǒng)相連接，將檢測到的光信號轉變?yōu)殡娦盘柡髠鬏?給反饋控制系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)根據(jù)輸入的電信號計算出待測器件的相位延遲參數(shù)和偏振 相關損耗參數(shù)。
[0007] 所述第一驅動裝置包括第一轉盤和第一電機，第一轉盤由第一電機驅動旋轉，第 一轉盤為中空結構，所述第一轉盤中空結構內(nèi)設置有固定待測器件的定位裝置，使得待測 器件跟隨第一轉盤同步旋轉；
[0008] 所述第二驅動裝置包括第二轉盤和第二電機，第二轉盤由第二電機驅動旋轉，第 二轉盤為中空結構，所述第二轉盤中空結構內(nèi)設置有固定檢偏器的定位裝置，使得檢偏器 跟隨第二轉盤同步旋轉。
[0009] 所述光源是輸出穩(wěn)定型自然光源或者波長可調型自然光源，其輸出波長同待測器 件的波長范圍相適應。
[0010] 所述起偏器和檢偏器采用二向色性偏振器或者雙折射偏振器或者光纖偏振片，其 工作波長范圍覆蓋待測器件的工作波長范圍。
[0011] 所述偏振分光器是保偏半透半反鏡或者保偏光纖耦合器，其工作波長范圍覆蓋 待測器件的工作波長范圍。
[0012] 所述偏振分光器后設置有擴束-準直透鏡組。
[0013] 所述第一光電探測器和第二光電探測器為光電二極管或者光電倍增管或者CCD 線陣傳感器或者CCD面陣傳感器，其工作波長范圍覆蓋待測器件的工作波長范圍。
[0014] 本實用新型的有益效果：
[0015] 1)采用實用新型裝置的測量方法屬于非接觸測量，可同時測量未知雙折射器件相 位延遲特性和PDL特性，并可進一步在獲知雙折射器件制作材料的情況下，查找器件的快 軸位置，使用方便高效，可用于實際生產(chǎn)及研宄工作中進行未知雙折射器件的相位延遲和 偏振相關損耗特性的直接定標；
[0016] 2)采用本實用新型裝置，在多波長光電探測器中各探測單元的特性以及入射光強 未知的情況下，不需要復雜的傅立葉分析及求解即能快速準確地同時標定未知雙折射器件 在待考察波段的相位延遲譜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型所涉及光源偏振態(tài)反饋的器件相位延遲和偏振相關損耗的測 量裝置通用結構示意圖；
[0018] 圖2為本實用新型所涉及的雙折射器件的相位延遲特性和偏振相關損耗特性檢 測方法的流程圖；
[0019] 其中：
[0020] 1、光源； 2、起偏器；
[0021] 3、保偏分光器； 4、待測器件，
[0022] 5、檢偏器； 6、第一光電探測器；
[0023] 7、反饋控制系統(tǒng)； 8、第二光電探測器；
[0024] 9、第一電機； 10、第二電機；
[0025] 11、第一轉盤； 12、第二轉盤；

【具體實施方式】
[0026] 本實用新型的創(chuàng)新點在于提供了能對光源偏振波動進行反饋控制，并能同時檢測 雙折射器件相位延遲和偏振相關損耗特性的檢測裝置。下面結合實施例對本實用新型做出 詳細說明。
[0027] 本實用新型所述的光源偏振態(tài)反饋的器件相位延遲和偏振相關損耗測量裝置的 結構如圖1所示：包括光源1和反饋控制系統(tǒng)7,光源1出射的平行自然光通過共傳輸軸放 置的起偏器2后，進入保偏分光器3,分為光功率相同的反射光和透射光，且反射光和透射 光的偏振狀態(tài)與入射光偏振狀態(tài)相同；其中的反射光信號直接被第二光電探測器8接收， 用于實時監(jiān)測光源光信號的實時變化；透射光信號通過共傳輸軸放置的起偏器2、待測器 件4、檢偏器5后被第一光電探測器6接收；第一轉盤11和第一電機9連接，第一轉盤11 由第一電機9驅動旋轉；第二轉盤12和第二電機10連接，第二轉盤12由第二電機10驅動 旋轉；反饋控制系統(tǒng)7同第一光電探測器6、第二光電探測器8、第一電機9和第二電機10 相連，采集分析第一光電探測器6和第二光電探測器8的光電流數(shù)據(jù)，并反饋控制第一電機 9和第二電機10的旋轉狀態(tài)，所述第一轉盤11和第二轉盤12為中空結構，所述第一轉盤 11中空結構內(nèi)設置有固定待測器件4的定位裝置，使得待測器件4跟隨第一轉盤11同步旋 轉，所述第二轉盤12中空結構內(nèi)設置有固定檢偏器5的定位裝置，使得固定檢偏器5跟隨 第二轉盤12同步旋轉。在本實施例中，第一轉盤11和第二轉盤12的中空結構的外圍開有 多個定位孔，通過這些定位孔，將待測器件4和檢偏器5分別固定在第一轉盤11和第二轉 盤12的中空結構部分；并由反饋控制系統(tǒng)7通過第一電機9和第二電機10分別控制第一 轉盤11和第二轉盤12的旋轉狀態(tài)。
[0028] 所述光源1為輸出特性穩(wěn)定的自然光源，其輸出波長可根據(jù)待測器件4的待測波 長范圍具體選擇，也可選擇為波長可調型自然光源。具體應用中可根據(jù)該光源的光斑大小 和光束質量添加必要的擴束-準直透鏡組。
[0029] 所述起偏器2和檢偏器5可采用二向色性偏振器、雙折射偏振器或光纖偏振片中 的一種，其工作波長范圍能夠覆蓋待測器件4的工作波長范圍。
[0030] 所述偏振分光器3為保偏半透半反鏡、保偏光纖親合器等一切對線偏振光保偏的 分光器件，其工作波長范圍能夠覆蓋待測器件4的工作波長范圍，具體應用中可根據(jù)出射 光信號的光斑大小和光束質量添加必要的擴束-準直透鏡組。
[0031] 所述待測器件4均為由晶體材料、聚合物材料、液晶、外磁場作用下的磁性液體等 制作的單個或復合的相位延遲器等一切具備相位延遲功能的光學器件。
[0032] 所述第一光電探測器6和第二光電探測器8為光電二極管、光電倍增管或 CCD(Charge-coupled Device)線陣或面陣傳感器，用于將探測到的光電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集 卡傳至反饋控制系統(tǒng)7進行數(shù)據(jù)處理，其工作波長范圍能夠覆蓋待測器件4的工作波長范 圍。
[0033] 所述反饋控制系統(tǒng)7采集分析第一光電探測器6和第二光電探測器8探測到的光 電流數(shù)據(jù)后，依據(jù)一定的反饋控制算法發(fā)出脈沖信號經(jīng)電機驅動器調整電機的旋轉狀態(tài)。
[0034] 所述第一電機9和第二電機10及其電機驅動器選用伺服電機、永磁式步進電機或 反應式步進電機，以及與以上每種類型的電機相配套的電機驅動器。由于本實用新型中第 一轉盤11和第一電機9連接，第二轉盤12和第二電機10連接，并由第一電機9和第二電 機10分別控制第一轉盤11和第二轉盤12的旋轉狀態(tài)，實際應用中也可以選擇已經(jīng)將單個 電機和單個轉盤集成制作在一起的電動轉盤商品來分別作為相連接的第一電機9和第一 轉盤11，以及相連接的第二電機10和第二轉盤12。
[0035] 所述第一轉盤11和第二轉盤12的應用要求是兩個轉盤的轉動精度均應滿足反饋 控制系統(tǒng)7的控制要求，通常的商用產(chǎn)品均可滿足該應用要求。
[0036] 本實用新型中包括第一驅動裝置和第二驅動裝置，所述第一驅動裝置包括第一轉 盤11和第一電機9,第一轉盤11由第一電機9驅動旋轉，第一轉盤11為中空結構，所述第 一轉盤11中空結構內(nèi)設置有固定待測器件4的定位裝置，使得待測器件4跟隨第一轉盤 11同步旋轉；所述第二驅動裝置包括第二轉盤12和第二電機10,第二轉盤12由第二電機 10驅動旋轉，第二轉盤12為中空結構，所述第二轉盤12中空結構內(nèi)設置有固定檢偏器5的 定位裝置，使得檢偏器5跟隨第二轉盤12同步旋轉。
[0037] 本實用新型所述的能同時進行光源偏振波動反饋控制的雙折射器件相位延遲和 PDL特性檢測裝置實現(xiàn)功能的過程如圖2所示，其具體步驟如下：
[0038] 步驟一：調節(jié)起偏器2和檢偏器5的偏振方向相互垂直，然后將待測器件4放入第 一轉盤11，轉動第一轉盤11找到消光位置并標記，此時待測器件4的光軸與起偏器2偏振 方向之間相互平行或垂直（當兩者平行時C = 0,垂直時C = π /2);
[0039] 步驟二：轉動第一轉盤11，使待測器件4的光軸與起偏器2偏振方向之間的夾角C 變化π/4角度，此時夾角C為π/4或3 π/4,第一光電探測器6測量相應的光電流Ila(Ila =I ( π/2, π/4) = I ( π/2, 3 π/4))，第二光電探測器8同時測量基準光電流Ilb，計算去除 光源偏振波動影響后的光電流比值I 1= I la/Ilb;
[0040] 步驟三：轉動第二轉盤12,使檢偏器5與起偏器2的偏振方向之間的夾角Θ變化 π /2角度，此時起偏器2和檢偏器5的偏振方向相互平行，第一光電探測器6測量相應的光 電流I2a，此時I 2a= 1(0, π/4) = 1(0, 3 π/4)，第二光電探測器8同時測量基準光電流12b， 計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I 2= 12a/I2b;
[0041] 步驟四：采用與步驟二相同的方向轉動第一轉盤11，使夾角C同方向變化π/4,第 一光電探測器6測量相應的光電流I 3a，此時I3a= I (0, π/2)或13a= I (0, π )，第二光電探 測器8同時測量基準光電流I3b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I3= I 3a/I3b;
[0042] 步驟五：繼續(xù)同方向轉動第一轉盤11，使夾角C再同方向變化π/2,此時夾角 C為JT或331/2,第一光電探測器6測量相應的光電流I4a，此時I4a= 1(0, 31)或I 4a = I (0, 3 π /2)，第二光電探測器8同時測量基準光電流I4b，計算去除光源偏振波動影響后的 光電流比值I4= I4a/I4b;
[0043] 步驟六：反饋控制系統(tǒng)7根據(jù)公式

【權利要求】
1. 光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，其特征在于：包括光源（1)、起 偏器（2)、保偏分光器（3)、待測器件（4)、檢偏器（5)、第一驅動裝置、第二驅動裝置、第一光 電探測器（6)、反饋控制系統(tǒng)（7)和第二光電探測器（8);其中： 起偏器（2)、保偏分光器（3)與光源（1)共傳輸軸放置；保偏分光器（3)的一路輸出與 待測器件（4)、檢偏器（5)、第一光電探測器（6)共光軸放置，保偏分光器（3)的另一路輸出 與第二光電探測器（8)共光軸放置； 待測器件（4)能夠由第一驅動裝置驅動下繞其自身光軸旋轉； 檢偏器（5)能夠由第二驅動裝置驅動下繞其自身光軸旋轉； 第一驅動裝置和第二驅動裝置與反饋控制系統(tǒng)（7)相連接，在反饋控制系統(tǒng)（7)的控 制下分別驅動待測器件（4)和/或檢偏器（5)旋轉到指定角度； 第一光電探測器（6)和第二光電探測器（8)與反饋控制系統(tǒng)（7)相連接，將檢測到的 光信號轉變?yōu)殡娦盘柡髠鬏斀o反饋控制系統(tǒng)（7)，反饋控制系統(tǒng)（7)根據(jù)輸入的電信號計 算出待測器件（4)的相位延遲參數(shù)和偏振相關損耗參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，其特征 在于：所述第一驅動裝置包括第一轉盤（11)和第一電機（9)，第一轉盤（11)由第一電機 (9) 驅動旋轉，第一轉盤（11)為中空結構，所述第一轉盤（11)中空結構內(nèi)設置有固定待測 器件⑷的定位裝置，使得待測器件⑷跟隨第一轉盤（11)同步旋轉； 所述第二驅動裝置包括第二轉盤（12)和第二電機（10)，第二轉盤（12)由第二電機 (10) 驅動旋轉，第二轉盤（12)為中空結構，所述第二轉盤（12)中空結構內(nèi)設置有固定檢偏 器（5)的定位裝置，使得檢偏器（5)跟隨第二轉盤（12)同步旋轉。
3. 根據(jù)權利要求1所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，其特征 在于：所述光源（1)是輸出穩(wěn)定型自然光源或者波長可調型自然光源，其輸出波長同待測 器件（4)的波長范圍相適應。
4. 根據(jù)權利要求1所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，其特征 在于：所述起偏器（2)和檢偏器（5)采用二向色性偏振器或者雙折射偏振器或者光纖偏振 片，其工作波長范圍覆蓋待測器件（4)的工作波長范圍。
5. 根據(jù)權利要求1所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，其特征 在于：所述偏振分光器（3)是保偏半透半反鏡或者保偏光纖耦合器，其工作波長范圍覆蓋 待測器件（4)的工作波長范圍。
6. 根據(jù)權利要求1所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置，其特征 在于：所述偏振分光器（3)后設置有擴束-準直透鏡組。
【文檔編號】G01M11/02GK204214635SQ201420550732
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張璐, 胡強高, 羅勇, 王玥 申請人:武漢光迅科技股份有限公司