專利名稱：分束器相位測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波的相位測(cè)量，具體是測(cè)量光波通過分束器件后其透射光和反射
光的兩個(gè)正交分量包括垂直分量(S分量)和平行分量(/7分量)的相位關(guān)系。
背景技術(shù)：
在許多的光學(xué)系統(tǒng)中，常常需要用分束器將一束光分成兩束光，目前常用的分 束器有分光鏡，分光平片，分光棱鏡等，是廣泛應(yīng)用的光學(xué)元件。對(duì)于這種分束器 件，幾乎所有的器件都只測(cè)量其分光比，即分成的兩束光的光強(qiáng)能量比，并不測(cè)量 光束通過分光器件后其相位的變化關(guān)系，但在某些應(yīng)用中，如空間相干探測(cè)，激光 雷達(dá)等，不僅需要知道其分光能量比，還需要知道光束被分成兩束光后其兩個(gè)正交 分量的相位變化，目前在現(xiàn)有技術(shù)中未發(fā)現(xiàn)專門測(cè)量這種相位關(guān)系的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分束器相位測(cè)量裝置，以 獲得光束通過分光器件后的相位變化關(guān)系。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
分束器包括非偏振分束器和偏振分束器兩大類，因此本發(fā)明分束器相位測(cè)量裝 置對(duì)兩大類分束器的相位測(cè)量裝置有所不同
一種分束器相位測(cè)量裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括兩相互垂直的第一光束和第 二光束入射待測(cè)非偏振分束器，在該待測(cè)非偏振分束器兩相互垂直的輸出光束方向 分別設(shè)置第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡，在所述的第一偏振分光棱鏡的兩 個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器，在所述的第二偏振分 光棱鏡的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第三光電探測(cè)器和第四光電探測(cè)器，所述的第 一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器和第四光電探測(cè)器的輸出端接示 波器的輸入端。
所述的待測(cè)非偏振分束器是不考慮偏振態(tài)的可將一束光分成兩束光的分光器 件，包括分光鏡，普通分光平片，普通分光棱鏡，消偏振分光棱鏡，二向色消偏振 分光棱鏡，消偏振分光平片。
一種分束器相位測(cè)量裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括兩相互垂直的第一光束和第二光束入射待測(cè)偏振分束器，在該待測(cè)偏振分束器的兩相互垂直的輸出光束方向分 別設(shè)置所述的第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡，在所述的待測(cè)偏振分束器和 第一偏振分光棱鏡之間設(shè)置第一 1/2波片，在所述的待測(cè)偏振分束器和第二偏振分 光棱鏡之間設(shè)置第二 1/2波片，所述的第一二分之一波片、第二二分之一波片的快 軸或慢軸分別與第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡的主截面成22. 5度角放置， 在所述的第一偏振分光棱鏡的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第一光電探測(cè)器和第二光 電探測(cè)器，在所述的第二偏振分光棱鏡的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第三光電探測(cè) 器和第四光電探測(cè)器，所述的第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器 和第四光電探測(cè)器的輸出端接示波器的輸入端。
所述的待測(cè)偏振分束器為考慮偏振態(tài)的可將一束光分成兩束偏振態(tài)相互垂直的 線偏振光的分光器件，包括偏振分光平片，偏振分光棱鏡，二向色分光棱鏡。
把頻率不同的兩束線偏振光分別沿垂直方向入射待測(cè)分束器，由待測(cè)光束器將
兩束光分別進(jìn)行分光合成，形成兩路合成光，這兩路合成光再分別經(jīng)兩個(gè)偏振分光 棱鏡形成四路偏振態(tài)兩兩相同的合成光輸出，輸出的四路合成光束分別被四個(gè)光電 探測(cè)器探測(cè)，然后輸入示波器，通過示波器可測(cè)量出這四路光的相對(duì)相位差，而由 這四路光的相對(duì)相位差即可求出光波通過待測(cè)分束器后的透射光和反射光的垂直分 量(s分量)和水平分量(i 分量)之間的相位變化關(guān)系。在測(cè)量非偏振分束器的 相位關(guān)系時(shí)，不需要二分之一波片，但在測(cè)量偏振分束器的相位關(guān)系時(shí)，需分別在 兩路合成光的光路中加入一個(gè)二分之一波片。
所述的偏振分光棱鏡是把輸入光分成兩個(gè)偏振態(tài)相互垂直的線偏振光的分束器。
本發(fā)明提供一種分束器相位測(cè)量裝置，利用兩個(gè)偏振分光棱鏡分別將通過待測(cè) 分束器的透射光和反射光的光波電場(chǎng)的兩個(gè)垂直分量提取出來，通過示波器測(cè)量出 同偏振態(tài)的電場(chǎng)分量的相位差，然后通過四路偏振態(tài)兩兩相同的光波的相對(duì)相位差 可推算出光波經(jīng)過待測(cè)分束器后電場(chǎng)的兩個(gè)垂直分量之間的相位變化關(guān)系。本發(fā)明 測(cè)量簡單，易操作。


圖1是本發(fā)明分束器相位測(cè)量裝置實(shí)施例1對(duì)非偏振分束器相位測(cè)量裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。
4圖2是本發(fā)明分束器相位測(cè)量裝置實(shí)施例2對(duì)偏振分束器相位測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明分束器相位測(cè)量裝置實(shí)施例1對(duì)非偏振分束器相 位測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可見，本發(fā)明非偏振分束器相位測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)， 包括待測(cè)非偏振分束器3，第一偏振分光棱鏡4，第二偏振分光棱鏡5，第一光電探 測(cè)器6、第二光電探測(cè)器7、第三光電探測(cè)器8、第四光電探測(cè)器9和示波器10。其 位置關(guān)系是兩相互垂直的第一光束1和第二光束2入射待測(cè)非偏振分束器3,在 該待測(cè)非偏振分束器3兩相互垂直的輸出光束方向分別設(shè)置第一偏振分光棱鏡4和 第二偏振分光棱鏡5，在所述的第一偏振分光棱鏡4的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置 第一光電探測(cè)器6和第二光電探測(cè)器7，在所述的第二偏振分光棱鏡5的兩個(gè)輸出 光束方向分別設(shè)置第三光電探測(cè)器8和第四光電探測(cè)器8，所述的第一光電探測(cè)器6、 第二光電探測(cè)器7、第三光電探測(cè)器8和第四光電探測(cè)器9的輸出端接示波器10的 輸入端。
輸入光為第一光束1和第二光束2，輸出光為光束11,光束12，光束13和光
束14。第一輸入光束1和第二輸入光束2分別沿兩個(gè)相互垂直的方向入射待測(cè)非偏
振分束器3，它將輸入光束分光合成變成兩路合成光束，圖1中，水平方向的合成
光束經(jīng)第一偏振分光棱鏡4，形成輸出光束11、 12，垂直方向的合成光束經(jīng)第二偏
振分光棱鏡5，形成輸出光束13、 14。輸出光束ll、 12、、 13、 14分別被所述的第
一光電探測(cè)器6、第二光電探測(cè)器7、第三光電探測(cè)器8和第四光電探測(cè)器9探測(cè)，
探測(cè)信號(hào)輸入示波器，由示波器測(cè)量其相對(duì)相位差。
測(cè)量方法的原理是使輸入的第一光束1、第二光束2為與圖1中水平方向成 45度角偏振的線偏振光，設(shè)4, ^分別為第一光束1、第二光束2的復(fù)振幅，p為
第一光束1、第二光束2在進(jìn)入待測(cè)分束器的入射面時(shí)的初始相位差。對(duì)于非偏振 分束器，光波的平行分量和垂直分量分別被透射和反射，在圖1所示的實(shí)施例中， 輸出的四束光束ll， 12， 13， 14的光強(qiáng)表達(dá)式為
5A3 ^:(4V) + 7"、2) + 5(命J"Ocos(A 1) (2) A2 4"》+卜0會(huì)(々》(命p)—p一Ai) (3)
式中^， 。， (， ^分別表示輸入光矢量的平行分量(p分量)和垂直分量G分
量)通過待測(cè)非偏振分束器3的透射率和反射率， ，A， a" A分別表示透射
光中的平行分量、反射光中的平行分量、透射光中的垂直分量、反射光中的垂直分 量的相位變化。這樣，經(jīng)示波器10測(cè)量出的四路輸出光的相位差為
<formula>formula see original document page 6</formula>由方程(5)、 (6)、 (7)、 (8)可得
L= (9) "廣^=^1^ (10)
因此，根據(jù)示波器測(cè)量出的四路輸出光的相位差A(yù)、 ％、 ％、 ％，由方程(9)、 (10)可算出光經(jīng)過非偏振分束器3后透射光和反射光的平行分量和垂直分量之間 的相位變化關(guān)系。
圖2是本發(fā)明分束器相位測(cè)量裝置實(shí)施例2對(duì)偏振分束器相位測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖。由圖可見本發(fā)明偏振分束器相位測(cè)量裝置，構(gòu)成包括兩相互垂直的第一 光束1和第二光束2入射待測(cè)偏振分束器31，在該待測(cè)偏振分束器31的兩相互垂 直的輸出光束方向分別設(shè)置所述的第一偏振分光棱鏡4和第二偏振分光棱鏡5，在 所述的待測(cè)偏振分束器31和第一偏振分光棱鏡之間設(shè)置第一 1/2波片15，在所述 的待測(cè)偏振分束器31和第二偏振分光棱鏡5之間設(shè)置第二 1/2波片16，所述的第 一二分之一波片15、第二二分之一波片16的快軸或慢軸分別與第一偏振分光棱鏡4、第二偏振分光棱鏡5的主截面成22. 5度角放置。在所述的第一偏振分光棱鏡4的兩 個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第一光電探測(cè)器6和第二光電探測(cè)器7，在所述的第二偏 振分光棱鏡5的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第三光電探測(cè)器8和第四光電探測(cè)器9, 所述的第一光電探測(cè)器6、第二光電探測(cè)器7、第三光電探測(cè)器8和第四光電探測(cè)器 9的輸出端接示波器10的輸入端。
圖2中，水平方向的合成光束先通過第一二分之一波片15，再經(jīng)第一偏振分光 棱鏡4，形成輸出光束ll、 12，垂直方向的合成光束先通過第二二分之一波片16， 再經(jīng)第二偏振分光棱鏡5，形成輸出光束13、 14。同樣的，輸出光束ll、 12、、 13、 14分別被第一光電探測(cè)器6、第二光電探測(cè)器7、第三光電探測(cè)器8和第四光電探 測(cè)器9探測(cè)，探測(cè)信號(hào)輸入示波器，由示波器測(cè)量其相對(duì)相位差。
對(duì)于偏振分束器，透射光中只有平行分量，反射光中只有垂直分量，在圖2所 示的實(shí)施例中，測(cè)量原理是調(diào)整第一二分之一波片15和第二二分之一波片16的 快軸或慢軸分別與第一偏振分光棱鏡4、第二偏振分光棱鏡5的主截面成22. 5度角 放置，得到輸出的四束光束ll， 12， 13， 14的光強(qiáng)表達(dá)式為
<formula>formula see original document page 7</formula>
經(jīng)示波器10測(cè)量出的四路輸出光的相位差為
這樣，光經(jīng)過偏振分束器后平行分量的透射光和垂直分量的反射光之間的相位變化 關(guān)系為-
<formula>formula see original document page 7</formula>同理，根據(jù)示波器10測(cè)量出的^、 ％、 ％、 ％由(19)式可計(jì)算出光經(jīng)過偏振分 束器(31)后平行分量的透射光和垂直分量的反射光之間的相位變化的具體值。
權(quán)利要求
1、一種分束器相位測(cè)量裝置，特征在于其構(gòu)成包括兩相互垂直的第一光束(1)和第二光束(2)入射待測(cè)非偏振分束器(3)，在該待測(cè)非偏振分束器(3)兩相互垂直的輸出光束方向分別設(shè)置第一偏振分光棱鏡(4)和第二偏振分光棱鏡(5)，在所述的第一偏振分光棱鏡(4)的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第一光電探測(cè)器(6)和第二光電探測(cè)器(7)，在所述的第二偏振分光棱鏡(5)的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第三光電探測(cè)器(8)和第四光電探測(cè)器(9)，所述的第一光電探測(cè)器(6)、第二光電探測(cè)器(7)、第三光電探測(cè)器(8)和第四光電探測(cè)器(9)的輸出端接示波器(10)的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分束器相位測(cè)量裝置，其特征在于所述的待測(cè)非偏振分束器是包括分光鏡、普通分光平片、普通分光棱鏡、消偏振分光棱鏡、二向色消偏振分光棱鏡或消偏振分光平片。
3、 一種分束器相位測(cè)量裝置，特征在于其構(gòu)成包括兩相互垂直的第一光束(1)和第二光束(2)入射待測(cè)偏振分束器(31)，在該待測(cè)偏振分束器(31)的兩相互垂直的輸出光束方向分別設(shè)置所述的第一偏振分光棱鏡(4)和第二偏振分光棱鏡(5)，在所述的待測(cè)偏振分束器(31)和第一偏振分光棱鏡(4)之間設(shè)置第一1/2波片(15)，在所述的待測(cè)偏振分束器(31)和第二偏振分光棱鏡(5)之間設(shè)置第二 1/2波片(16)，所述的第一二分之一波片(15)、第二二分之一波片(16)的快軸或慢軸分別與第一偏振分光棱鏡(4)、第二偏振分光棱鏡(5)的主截面成22.5度角放置，在所述的第一偏振分光棱鏡(4)的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第一光電探測(cè)器(6)和第二光電探測(cè)器(7)，在所述的第二偏振分光棱鏡(5)的兩個(gè)輸出光束方向分別設(shè)置第三光電探測(cè)器(8)和第四光電探測(cè)器(9)，所述的第一光電探測(cè)器(6)、第二光電探測(cè)器(7)、第三光電探測(cè)器(8)和第四光電探測(cè)器(9)的輸出端接示波器(10)的輸入端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的分束器相位測(cè)量裝置，其特征在于所述的待測(cè)偏振分束器(31)為偏振分光平片、偏振分光棱鏡或二向色分光棱鏡。
全文摘要
一種分束器相位測(cè)量裝置，包括非偏振分束器的相位測(cè)量裝置和偏振分束器的相位測(cè)量裝置，對(duì)于非偏振分束器的相位測(cè)量，其組成包括待測(cè)非偏振分束器、2個(gè)偏振分光棱鏡、4個(gè)光電探測(cè)器、1個(gè)示波器，對(duì)于偏振分束器的相位測(cè)量，其組成包括1個(gè)待測(cè)偏振分束器、2個(gè)二分之一波片、2個(gè)偏振分光棱鏡、4個(gè)光電探測(cè)器、1個(gè)示波器。本發(fā)明可測(cè)量光波通過分束器件后其透射光和反射光的兩個(gè)正交分量包括垂直分量(s分量)和平行分量(p分量)的相位關(guān)系。本發(fā)明裝置測(cè)量簡單，易操作。
文檔編號(hào)G01J9/00GK101634594SQ200910194928
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者萬玲玉, 劉立人, 煜 周, 孫建鋒, 職亞楠 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所