本發(fā)明屬于偏振光檢測領(lǐng)域，具體是一種偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)：

在磁約束聚變研究中，電流密度分布與許多重要的物理參數(shù)相關(guān)。高速中性粒子在強(qiáng)磁場中產(chǎn)生的斯塔克分裂光譜，其偏振方向與電流密度分布息息相關(guān)。光彈調(diào)制法是高精度測量偏振光偏振方向的有效手段，在各大托卡馬克裝置上獲得了廣泛的應(yīng)用。盡管如此，光彈調(diào)制法僅能給出偏振角變化的相對量，在托卡馬克實(shí)驗(yàn)中，要獲得確切的電流密度分布，還需精確確定偏振方向與重力方向的夾角。光彈調(diào)制診斷系統(tǒng)多采用原位標(biāo)定的方式建立測量信號與標(biāo)定偏振光源之間的關(guān)系。原位標(biāo)定偏振光源大多由大面積的薄膜偏振片產(chǎn)生，由高精度電控轉(zhuǎn)臺驅(qū)動(dòng)，可以精確的控制偏振方向的相對變化量。若能測的裝配后的偏振片偏振方向與重力之間的關(guān)系，即可滿足光彈調(diào)制診斷系統(tǒng)的標(biāo)定需求。

格蘭泰勒棱鏡是當(dāng)代偏光技術(shù)最普遍采用的偏光器件。由雙折射天然晶體冰洲石做成，外形為立方體，實(shí)際是把一塊定好光軸的冰洲石晶體磨成立方體，使光軸垂直于立方體的兩平行面，再按一定的切角將立方體切割成兩部分(兩塊全等直角棱鏡)，磨制拋光后再膠合起來。如圖1所示，晶體的光軸沿ab方向，自然光垂直于ab面進(jìn)入格蘭泰勒棱鏡后，出射光的偏振方向與光軸的方向平行。由于采用x射線衍射等方法確定的晶體光軸精度極高，因而出射光的偏振方向與格蘭泰勒棱鏡的幾何外形直接相關(guān)，是良好的偏振光基準(zhǔn)器件。

馬呂斯定律指出，強(qiáng)度為i0的線偏振光，透過檢偏片后，當(dāng)線偏振光的偏振方向與檢偏片的偏振方向相同時(shí)，光強(qiáng)取得最大。本發(fā)明基于此檢偏原理，將格蘭泰勒棱鏡放置與水平支座上，作為平行于重力方向的偏振方向基準(zhǔn)。同時(shí)利用立方體分束棱鏡設(shè)計(jì)了一套自準(zhǔn)直的光路，保障了分析測量結(jié)果的合理性，準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，其特征在于：包括有激光器、立方體分束棱鏡、格蘭泰勒棱鏡、精密電控偏振片轉(zhuǎn)臺、光電探測器、準(zhǔn)直板一、準(zhǔn)直板二；立方體分束棱鏡位于激光器的出射光路上，準(zhǔn)直板一位于立方體分束棱鏡的透射光路上，格蘭泰勒棱鏡位于立方體分束棱鏡的反射光路上，準(zhǔn)直板二位于立方體分束棱鏡的反射光路的另一側(cè)，格蘭泰勒棱鏡的后方光路上依次設(shè)有精密電控偏振片轉(zhuǎn)臺、光電探測器；所述立方體分束棱鏡與格蘭泰勒棱鏡分別安置于精確調(diào)平的水平基座上，待檢測偏振片安裝在精密電控轉(zhuǎn)臺上；由激光器產(chǎn)生指示方向的光束透過立方體分束棱鏡分束后，在準(zhǔn)直板一上形成第一個(gè)光斑，由立方體分束棱鏡多次反射后在準(zhǔn)直板一上形成多個(gè)光斑，調(diào)節(jié)激光器俯仰和水平角度，使得多個(gè)光斑重合，確保激光束線處于水平方向，激光束線經(jīng)過立方體分束棱鏡偏轉(zhuǎn)后依次通過格蘭泰勒棱鏡、待檢測偏振片與光電探測器；激光束線在格蘭泰勒棱鏡表面反射后在準(zhǔn)直板二上形成第一個(gè)光斑，在待檢測偏振片表面反射后在準(zhǔn)直板二上形成第二個(gè)光斑，依次調(diào)整立方體分束棱鏡與待檢測偏振片，保證格蘭泰勒棱鏡和待檢測偏振片表面相互平行，調(diào)整光電探測器，使得激光束線能夠完全被光電探測器接收；轉(zhuǎn)動(dòng)精密電控轉(zhuǎn)臺，記錄精密電控轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角與光電探測器輸出的強(qiáng)度關(guān)系，依據(jù)馬呂斯定律，當(dāng)輸出光強(qiáng)最大時(shí)，待檢測偏振片的偏振方向與格蘭泰勒棱鏡的偏振方向相同，而格蘭泰勒棱鏡的偏振方向與其幾何外形相關(guān)，從而可以將待檢測偏振片的電控旋轉(zhuǎn)臺角度刻度與偏振空間方位角對應(yīng)起來。

所述的偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，其特征在于：所述激光器為輸出光強(qiáng)穩(wěn)定、波長單一、輸出光斑直徑細(xì)小且隨傳播距離變化微小的高質(zhì)量激光器。

所述的偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，其特征在于：所述立方體分束棱鏡為幾何形狀面面相互垂直、束線偏轉(zhuǎn)方向?yàn)?0度、分光比為50：50的立方體分束棱鏡。

所述的偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，其特征在于：所述待檢測偏振片為可產(chǎn)生偏振光的金屬線柵偏振片或薄膜偏振片等偏振方向不易通過幾何外形獲得的偏振元件。

所述的偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，其特征在于：所述光電探測器為apd或光電倍增管等可將光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電壓或電流的探測器，且在激光光強(qiáng)范圍內(nèi)，增益線性的探測器。

所述的偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，其特征在于，所述精密電控轉(zhuǎn)臺為高精度、帶有零位指示的電控轉(zhuǎn)臺。

本發(fā)明的原理是：

由激光器發(fā)出的激光束經(jīng)立方體分束棱鏡分束后，一路用于激光器自身的準(zhǔn)直，另一路用于準(zhǔn)直格蘭泰勒棱鏡與待檢測偏振片，同時(shí)該路激光器作為檢偏光源。由于格蘭泰勒棱鏡的偏振方向與其幾何外形直接相關(guān)，將其固定在水平支座上，可作為標(biāo)準(zhǔn)重力偏振方向的參考。由電控精密轉(zhuǎn)臺驅(qū)動(dòng)待檢測偏振片，由馬呂斯定律可知，當(dāng)待檢測偏振片的偏振方向與格蘭泰勒棱鏡的偏振方向一致時(shí)，通過的光強(qiáng)最大。由于精密電控轉(zhuǎn)臺有著極高的分度刻畫與零位校準(zhǔn)，取其通過光強(qiáng)最大值時(shí)的刻度值，從而可以將電控旋轉(zhuǎn)臺的角度刻度與實(shí)際的偏振方位角對應(yīng)起來。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用格蘭泰勒棱鏡的偏振方向與其幾何外形相關(guān)的特性，安置于嚴(yán)格水平的基座上，作為重力方向的偏振參考光源。

2、本發(fā)明采用了分束棱鏡多次反射的特點(diǎn)，安置于嚴(yán)格水平的基座上，透射光束可準(zhǔn)直激光光源，確保準(zhǔn)直光源處于水平面內(nèi)。另一路折轉(zhuǎn)光路可準(zhǔn)直待檢測偏振片與格蘭泰勒棱鏡，確保兩個(gè)偏振面相互平行。

3、本發(fā)明采用穩(wěn)定的激光光源同時(shí)作為準(zhǔn)直光束和測量光束，保證準(zhǔn)直過程和測量偏振方向同步完成，提高了測量精度。

4、本發(fā)明采用高精密電控轉(zhuǎn)臺控制待檢測偏振片的旋轉(zhuǎn)，帶有內(nèi)部編碼的精密電控轉(zhuǎn)臺能夠使得測量精度控制在0.1°以下。

5、本發(fā)明采用對偏振光不敏感的光電探測器，確保光電轉(zhuǎn)化后的信號與透過的偏振光偏振特性無關(guān)。

附圖說明

圖1為格蘭泰勒棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1所示，偏振片裝配角高精度標(biāo)定裝置，包括有激光器1、立方體分束棱鏡2、格蘭泰勒棱鏡3、待檢測偏振片4、精密電控轉(zhuǎn)臺5、光電探測器6、準(zhǔn)直板7、準(zhǔn)直板8。首先，準(zhǔn)備兩個(gè)水平支座，利用精密水平儀校準(zhǔn)至嚴(yán)格水平狀態(tài)，將各元件按照圖示位置放置好，將立方體分束棱鏡2與格蘭泰勒棱鏡3固定在水平支座上。打開激光器后，激光透過立方體分束棱鏡2，經(jīng)多次反射在準(zhǔn)直板7上形成多個(gè)光斑，調(diào)整激光器1的俯仰和水平，使得多個(gè)光斑重合。另一路激光依次通過格蘭泰勒棱鏡3、待檢測偏振片4、精密電控轉(zhuǎn)臺5直至光電探測器6。激光在立方體分束棱鏡2的表面、格蘭泰勒棱鏡3的前后表面、待檢測偏振片4的前后表明均發(fā)生反射，反向傳播至準(zhǔn)直板8。依次調(diào)整立方體分束棱鏡2與待檢測偏振片4的方位角，如有必要，再次調(diào)整激光器1的準(zhǔn)直性。反復(fù)重復(fù)上述過程，直至準(zhǔn)直板7與準(zhǔn)直板8上的光斑重合。最終保證待檢測偏振片4的表面與格蘭泰勒棱鏡3的表面相互垂直。由于格蘭泰勒棱鏡3的偏振方向與其幾何外形相關(guān)，放置于水平支座上的格蘭泰勒棱鏡3的偏振方向即處于重力方向。由精密電控轉(zhuǎn)臺5驅(qū)動(dòng)待檢測偏振片4旋轉(zhuǎn)，根據(jù)馬呂斯定律，當(dāng)輸出光強(qiáng)取得最大值時(shí)，表明待檢測偏振片4的方向與格蘭泰勒棱鏡3的偏振方向一致，即可獲得待檢測偏振片4的偏振方向相對于重力方向的刻度值，從而可以將精密電控轉(zhuǎn)臺5的角度刻度與偏振空間方位角對應(yīng)起來。