光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明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及方法，本發(fā)明裝置包括共軸設(shè)置的光源、起偏器、起偏器、第一轉(zhuǎn)盤、第二轉(zhuǎn)盤，待測器件和檢偏器分別固定在第一轉(zhuǎn)盤和第二轉(zhuǎn)盤的中空結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)置的第一光電探測器接收，第一電機(jī)和第二電機(jī)分別連接第一轉(zhuǎn)盤和第二轉(zhuǎn)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(jī)和第二電機(jī)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(zhuǎn)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(guān)損耗參數(shù)，查找器件快軸位置；采用本發(fā)明使用方便高效。
【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及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于偏振光學(xué)檢測領(lǐng)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及方法，本發(fā)明屬于 通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[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(bǔ)償器）是 光學(xué)實驗和光學(xué)儀器中廣泛使用的基礎(chǔ)光學(xué)元件。從原理上說，任何具有雙折射效應(yīng)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(yīng)外，還具有二向色性，這會直接導(dǎo)致器件的偏振相關(guān)損耗（PDL， Polarization Dependent Loss);而且器件的相位延遲特性和二向色性（即FOL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(zhuǎn)相位補(bǔ)償器的相位延遲特性和偏振相關(guān)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(zhuǎn) 補(bǔ)償器的偏振相關(guān)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(zhuǎn)補(bǔ)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(jìn)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 氣鶴燈、齒素?zé)舻龋┑钠穸韧ǔＴ?0 %左右，而且由于輸入光的偏振態(tài)隨時間隨機(jī)變化， 輸出光電流也會隨機(jī)波動，這就導(dǎo)致測量結(jié)果的隨機(jī)誤差，影響測量的準(zhǔn)確度。但是，在現(xiàn) 有測量方法中，未見有能同時進(jìn)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]本發(fā)明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(jié)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及 方法，本發(fā)明裝置和方法屬于非接觸測量，能夠快速檢測雙折射器件的相位延遲和偏振相 關(guān)損耗特性，同時進(jìn)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)及研究工作中進(jìn)行未知雙折射器件的相位延遲和 PDL特性的直接定標(biāo)，并且 測量結(jié)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，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 動態(tài)特釀測裝置，傭光源、起鑛、保偏分光 器、待測器件、檢偏器、第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)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(qū)動裝置驅(qū)動下繞其自身光軸旋轉(zhuǎn)；檢偏器能夠由第 二驅(qū)動裝置驅(qū)動下繞其自身光軸旋轉(zhuǎn)；第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)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(qū)動待測器件和/或檢偏器旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)損耗參數(shù)。
[0007] 所述第一驅(qū)動裝置包括第一轉(zhuǎn)盤和第一電機(jī)，第一轉(zhuǎn)盤由第一電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，第 一轉(zhuǎn)盤為中空結(jié)構(gòu)，所述第一轉(zhuǎn)盤中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定待測器件的定位裝置，使得待測 器件跟隨第一轉(zhuǎn)盤同步旋轉(zhuǎn)；
[0008] 所述第二驅(qū)動裝置包括第二轉(zhuǎn)盤和第二電機(jī)，第二轉(zhuǎn)盤由第二電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，第 二轉(zhuǎn)盤為中空結(jié)構(gòu)，所述第二轉(zhuǎn)盤中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定檢偏器的定位裝置，使得檢偏器 跟隨第二轉(zhuǎn)盤同步旋轉(zhuǎn)。
[0009] 所述光源是輸出穩(wěn)定型自然光源或者波長可調(diào)型自然光源，其輸出波長同待測器 件的波長范圍相適應(yīng)。
[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(shè)置有擴(kuò)束-準(zhǔn)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] 光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測方法，包括如下步驟：調(diào)節(jié)起偏器 和檢偏器的偏振方向成初始角度，將待測器件旋轉(zhuǎn)到起始位置；反饋控制系統(tǒng)分別驅(qū)動待 測器件和/或檢偏器旋轉(zhuǎn)多個指定角度，獲得與多個指定角度相對應(yīng)的多個第一光電探測 器與第二光電探測器測量得到的光電流比值；反饋控制系統(tǒng)根據(jù)獲得的多個光電流比值計 算待測器件的PDL和相位延遲量。 t〇〇15] 光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測方法，包括如下步驟：步驟一：調(diào) 節(jié)起偏器和檢偏器的偏振方向成初始角度，將待測器件旋轉(zhuǎn)到起始位置；步驟二：驅(qū)動待 測器件旋轉(zhuǎn)使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C變化第一指定角度，此時獲 得第一光電探測器與第二光電探測器測量得到的光電流比值L ;步驟三：驅(qū)動檢偏器旋轉(zhuǎn) 使檢偏器與起偏器的偏振方向之間的夾角Θ變化第二指定角度，此時獲得第一光電探測 器與第二光電探測器測量得到的光電流比值1 2 ;步驟四：驅(qū)動待測器件旋轉(zhuǎn)使待測器件的 光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C變化第三指定角度，此時獲得第一光電探測器與第二 光電探測器測量得到的光電流比值1 3 ;步驟五：繼續(xù)驅(qū)動待測器件旋轉(zhuǎn)使待測器件的光軸 與起偏器偏振方向之間的夾角C變化第四指定角度，此時獲得第一光電探測器與第二光電 探測器測量得到的光電流比值1 4 ;步驟六：反饋控制系統(tǒng)根據(jù)獲得的光電流比值IfL計算 待測器件的PDL和相位延遲量。
[0016]所述步驟六進(jìn)一步包括判斷獲得的PDL是否大于預(yù)設(shè)容限，該容限大于〇,其取值 具體依據(jù)測量所需的精度而定；若是，轉(zhuǎn)入下述步驟七；否則，結(jié)束操作；步驟七：繼續(xù)驅(qū)動 待測器件旋轉(zhuǎn)使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C變化第五指定角度，此時 獲得第一光電探測器與第二光電探測器測量得到的光電流比值1 5 ;步驟八：繼續(xù)驅(qū)動待測 器件旋轉(zhuǎn)使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C變化第六指定角度，此時獲得 第一光電探測器與第二光電探測器測量得到的光電流比值1 6 ;步驟九：反饋控制系統(tǒng)根據(jù) 待測器件的材料類型判斷待測器件的快軸方向。
[0017]光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性檢測方法，包括如下步驟：步驟一：調(diào) 節(jié)起偏器和檢偏器的偏振方向相互垂直，驅(qū)動待測器件找到消光位置，并在待測器件上做 標(biāo)記，待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間相互平行或垂直；步驟二：驅(qū)動待測器件旋 轉(zhuǎn)，使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C變化π/4角度，第一光電探測器測 量相應(yīng)的光電流I la，第二光電探測器同時測量基準(zhǔn)光電流Ilb，計算去除光源偏振波動影響 后的光電流比值Ii = Ila/Ilb ;步驟三：驅(qū)動檢偏器旋轉(zhuǎn)，使檢偏器與起偏器的偏振方向之 間的夾角Θ變化π/2角度，第一光電探測器測量相應(yīng)的光電流I2a，第二光電探測器同時 測量基準(zhǔn)光電流I 2b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I2 = I2a/I2b ;步驟四：采 用與步驟二中相同的方向驅(qū)動待測器件旋轉(zhuǎn)，使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的 夾角C同方向變化π /4,第一光電探測器測量相應(yīng)的光電流I3a，第二光電探測器同時測量 基準(zhǔn)光電流I3b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I 3 = I3a/I3b ;步驟五：繼續(xù)同 方向驅(qū)動待測器件旋轉(zhuǎn)，使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C再同方向變化 η/2,第一光電探測器測量相應(yīng)的光電流I4a，第二光電探測器同時測量基準(zhǔn)光電流I4b，計 算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I 4 = I4a/I4b ;步驟六：反饋控制系統(tǒng)根據(jù)其計算 模塊和計算待測器件的pDL和相位延遲量。所述步驟六 計算獲得PDL值，判斷PDL大于預(yù)設(shè)容限時，轉(zhuǎn)入以下步驟七；步驟七：繼續(xù)同方向驅(qū)動待 測器件旋轉(zhuǎn)，使待測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C繼續(xù)同方向變化π/8,第 一光電探測器測量相應(yīng)的光電流I5a，第一光電探測器同時測量基準(zhǔn)光電流I 5b，計算去除光 源偏振波動影響后的光電流比值15二I5a/I 5b ;步驟八：繼續(xù)同方向驅(qū)動待測器件旋轉(zhuǎn)，使待 測器件的光軸與起偏器偏振方向之間的夾角C再同方向變化π /2,第一光電探測器測量相 應(yīng)的光電流I6a，第二光電探測器同時測量基準(zhǔn)光電流I6b，計算去除光源偏振波動影響后的 光電流比值I 6= I6a/I6b ;步驟九：反饋控制系統(tǒng)判斷待測器件的快軸方向：比較待測器快軸 和慢軸的二向色性吸收系數(shù)DpD2，當(dāng)Di > D2時，若15 > 16，判斷待測器件標(biāo)記的消光位置 方向為其快軸方向；否則，判斷待測器件標(biāo)記的消光位置方向為其慢軸方向；當(dāng)Di < D2時， 若15 < 16,判斷待測器件標(biāo)記的消光位置方向為其快軸方向；否則判斷對待測器件標(biāo)記的 消光位置方向為其慢軸方向。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 1)本發(fā)明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(jìn)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)及研究工作中進(jìn)行未知雙折射器件的相位延遲和偏振相關(guān)損耗 特性的直接定標(biāo)；
[0020] 2)采用本發(fā)明方法，在多波長光電探測器中各探測單元的特性以及入射光強(qiáng)未知 的情況下，不需要復(fù)雜的傅立葉分析及求解即能快速準(zhǔn)確地同時標(biāo)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】
[0021] 圖1為本發(fā)明所涉及光源偏振態(tài)反饋的器件相位延遲和偏振相關(guān)損耗的測量裝 置通用結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明所涉及的雙折射器件的相位延遲特性和偏振相關(guān)損耗特性檢測方 法的流程圖；
[0023] 其中：
[0024] 1、光源； 2、起偏器；
[0025] 3、保偏分光器； 4、待測器件，
[0026] 5、檢偏器； 6、第一光電探測器；
[0027] 7、反饋控制系統(tǒng)； 8、第二光電探測器；
[0028] 9、第一電機(jī)； 1〇、第二電機(jī)；
[0029] 11、第一轉(zhuǎn)盤； 12、第二轉(zhuǎn)盤；
【具體實施方式】
[0030] 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于提供了能對光源偏振波動進(jìn)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(guān)損耗特性的檢測方法及裝置。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做出詳 細(xì)說明。
[0031] 本發(fā)明所述的光源偏振態(tài)反饋的器件相位延遲和偏振相關(guān)損耗測量裝置的結(jié)構(gòu) 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(jìn)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(zhuǎn)盤11和第一電機(jī)9連接，第一轉(zhuǎn)盤11由第一 電機(jī)9驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；第二轉(zhuǎn)盤I 2和第二電機(jī)10連接，第二轉(zhuǎn)盤12由第二電機(jī)10驅(qū)動旋轉(zhuǎn)； 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(jī)9和第二電機(jī)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(jī)9和 第二電機(jī)10的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述第一轉(zhuǎn)盤11和第二轉(zhuǎn)盤12為中空結(jié)構(gòu),所述第一轉(zhuǎn)盤11中 空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)盤11同步旋轉(zhuǎn)， 所述第二轉(zhuǎn)盤I 2中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)盤I2同步旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，第一轉(zhuǎn)盤11和第二轉(zhuǎn)盤12的中空結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)盤η和第二轉(zhuǎn)盤 12 的中空結(jié)構(gòu)部分；并由反饋控制系統(tǒng)7通過第一電機(jī)9和第二電機(jī)1〇分別控制第一轉(zhuǎn)盤11 和第二轉(zhuǎn)盤12的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0032] 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(diào)型自然光源。具體應(yīng)用中可根據(jù)該光源的光斑大小 和光束質(zhì)量添加必要的擴(kuò)束-準(zhǔn)直透鏡組。
[0033]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。
[0034]所述偏振分光器3為保偏半透半反鏡、保偏光纖耦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(yīng)用中可根據(jù)出射 光信號的光斑大小和光束質(zhì)量添加必要的擴(kuò)束-準(zhǔn)直透鏡組。
[0035]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(fù)合的相位延遲器等一切具備相位延遲功能的光學(xué)器件。
[0036]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(jìn)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。
[0037]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(jī)驅(qū)動器調(diào)整電機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。 [0038]所述第一電機(jī)9和第二電機(jī)10及其電機(jī)驅(qū)動器選用伺服電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)或 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，以及與以上每種類型的電機(jī)相配套的電機(jī)驅(qū)動器。由于本發(fā)明中第一轉(zhuǎn) 盤11和第一電機(jī)9連接，第二轉(zhuǎn)盤12和第二電機(jī)1〇連接，并由第一電機(jī) 9和第二電機(jī)10 分別控制第一轉(zhuǎn)盤11和第二轉(zhuǎn)盤I2的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，實際應(yīng)用中也可以選擇已經(jīng)將單個電機(jī) 和單個轉(zhuǎn)盤集成制作在一起的電動轉(zhuǎn)盤商品來分別作為相連接的第一電機(jī) 9和第一轉(zhuǎn)盤 11，以及相連接的第二電機(jī)10和第二轉(zhuǎn)盤12。
[0039]所述第一轉(zhuǎn)盤11和第二轉(zhuǎn)盤12的應(yīng)用要求是兩個轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動精度均應(yīng)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(yīng)用要求。
[0040]本發(fā)明中包括第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置，所述第一驅(qū)動裝置包括第一轉(zhuǎn)盤U 和第一電機(jī)9,第一轉(zhuǎn)盤11由第一電機(jī)9驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，第一轉(zhuǎn)盤11為中空結(jié)構(gòu)，所述第一轉(zhuǎn) 盤11中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)盤11同 步旋轉(zhuǎn)；所述第二驅(qū)動裝置包括第二轉(zhuǎn)盤12和第二電機(jī)10,第二轉(zhuǎn)盤12由第二電機(jī)10驅(qū) 動旋轉(zhuǎn)，第二轉(zhuǎn)盤12為中空結(jié)構(gòu)，所述第二轉(zhuǎn)盤12中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定檢偏器5的定位 裝置，使得檢偏器5跟隨第二轉(zhuǎn)盤12同步旋轉(zhuǎn)。
[0041] 本發(fā)明所述的能同時進(jìn)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：
[0042]步驟一：調(diào)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(zhuǎn)盤11，轉(zhuǎn)動第一轉(zhuǎn)盤11找到消光位置并標(biāo)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(dāng)兩者平行時C = 0,垂直時C= π/2);
[0043] 步驟二：轉(zhuǎn)動第一轉(zhuǎn)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3ji/4,第一光電探測器6測量相應(yīng)的光電流Ila(Ila =I U/2, π/4)二I ( π/2, 3 π/4))，第二光電探測器8同時測量基準(zhǔn)光電流Ilb，計算去除 光源偏振波動影響后的光電流比值h = Ila/Ilb ;
[0044] 步驟三：轉(zhuǎn)動第二轉(zhuǎn)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 n /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(yīng)的光 電流I2a，此時I2a=I(〇, II/4) =1(0,3 71/4),第二光電探測器8同時測量基準(zhǔn)光電流1^ 計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值Ι2 = i2a/i2b;
[0045]步驟四：采用與步驟二相同的方向轉(zhuǎn)動第一轉(zhuǎn)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(yīng)的光電流I3a，此時I3a= i(〇, ji/2)或I3a= 1(0, ji)，第二光電探 測器8同時測量基準(zhǔn)光電流I3b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值〗3 =〗3a/l3b ; [0046]步驟五：繼續(xù)同方向轉(zhuǎn)動第一轉(zhuǎn)盤11，使夾角C再同方向變化ji/2,此時夾角 C為π或3 π /2,第一光電探測器6測量相應(yīng)的光電流I4a，此時I4a = I (〇, π )或I4a = I (0, 3 π /?，第二光電探測器8同時測量基準(zhǔn)光電流〗4b，計算去除光源偏振波動影響后的 光電流比值I4 = I4a/I4b ;
[0047] 步驟六：反饋控制系統(tǒng)7根據(jù)公式郵=-Slg參和^ar?〇sH，計算待測 器件4的PDL和相位延遲量；判斷PDL是否大于預(yù)設(shè)容限，該容限大于〇,其取值具體依據(jù) 測量所需的精度而定；若是，轉(zhuǎn)入步驟七；否則，結(jié)束操作。
[0048] 步驟七：同方向轉(zhuǎn)動第一轉(zhuǎn)盤11，使夾角C繼續(xù)同方向變化π/8,第一光電探測器 6測量相應(yīng)的光電流I5a，此時I 5a = I (0, π /8)或I5a = I (〇, 5 π /8);第二光電探測器8同 時測量基準(zhǔn)光電流I5b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I5 = I5a/I5b ;
[0049] 步驟八：繼續(xù)同方向轉(zhuǎn)動第一轉(zhuǎn)盤11，使夾角C再同方向變化π/2,第一光電探測 器6測量相應(yīng)的光電流I6a，此時I 6a = I (〇, 5 π /8)或I6a = I (0, π /8);第二光電探測器8 同時測量基準(zhǔn)光電流i6b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值i6 = i6a/i6b;
[0050] 步驟九：反饋控制系統(tǒng)7根據(jù)待測器件4的材料類型判斷器件4的快軸方向，材料 類型例如是正晶體還是負(fù)晶體，其快軸和慢軸的二向色性吸收系數(shù)Dp D2之間的相對大小 關(guān)系：根據(jù)公式（4. f?4. g)，當(dāng)Di > D2時，若15 > 16,步驟一中對待測器件4標(biāo)記的方向 即為其快軸方向；反之，若15 < 16,步驟一中對待測器件4標(biāo)記的方向即為其慢軸方向。當(dāng) Di < D2時，若15 < 16,步驟一中對待測器件4標(biāo)記的方向即為其快軸方向；反之，若15 > 16,步驟一中對待測器件4標(biāo)記的方向即為其慢軸方向；檢測過程結(jié)束。
[0051] 本發(fā)明所述的能同時進(jìn)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)功能的方法可根據(jù)偏振光學(xué)的相關(guān)理論推導(dǎo)得到。如圖1所示，裝置中 的輸入與輸出光信號的Stokes表示，即S in和S-之間滿足以下關(guān)系：
[0052] Sout = ΜΑ ( Θ ) · Mc (C，S，D" D2) · MP · Sin (1)
[0053] 其中，MP、MA、MC分別為起偏器2、檢偏器5和待測器件4的穆勒矩陣；其中Θ為 檢偏器5與起偏器2的偏振方向之間的夾角；C、δ、D1、D2分別為待測器件4的快軸相對于 起偏器2偏振方向的夾角、相位延遲量、以及快軸和慢軸的二向色性吸收系數(shù)。各矩陣的具 體表達(dá)式如下： ~ ,〔η
[0054] 輸入光信號的Stokes表示為：^ #
[0055] 輸入光信號通常情況下為部分偏振光，例如常見的近自然光源（如氣鶴燈、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(jī)變化，輸入光的 X、y 和Z分量也會隨時間隨機(jī)變化，這會導(dǎo)致輸出光電流的隨機(jī)波動，為此，可采用實時監(jiān)測裝 置監(jiān)測光強(qiáng)波動，如圖1所示。
【權(quán)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(qū)動裝置、第二驅(qū)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(qū)動裝置驅(qū)動下繞其自身光軸旋轉(zhuǎn)； 檢偏器（5)能夠由第二驅(qū)動裝置驅(qū)動下繞其自身光軸旋轉(zhuǎn)； 第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)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(qū)動待測器件（4)和/或檢偏器（5)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)損耗參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)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(qū)動裝置包括第一轉(zhuǎn)盤（11)和第一電機(jī)（9)，第一轉(zhuǎn)盤（11)由第一電機(jī) (9) 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，第一轉(zhuǎn)盤（11)為中空結(jié)構(gòu)，所述第一轉(zhuǎn)盤（11)中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)盤（11)同步旋轉(zhuǎn)； 所述第二驅(qū)動裝置包括第二轉(zhuǎn)盤（12)和第二電機(jī)（10)，第二轉(zhuǎn)盤（12)由第二電機(jī) (10) 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，第二轉(zhuǎn)盤（12)為中空結(jié)構(gòu)，所述第二轉(zhuǎn)盤（12)中空結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有固定檢偏 器（5)的定位裝置，使得檢偏器（5)跟隨第二轉(zhuǎn)盤（12)同步旋轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)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(diào)型自然光源，其輸出波長同待測 器件（4)的波長范圍相適應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)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(quán)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稱合器，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(quán)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(shè)置有擴(kuò)束-準(zhǔn)直透鏡組。
7. 根據(jù)權(quán)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：所述第一光電探測器（6)和第二光電探測器（8)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（4)的工作波長范圍。
8· -種利用權(quán)利要求1-7中任一項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：包括如下步驟： 調(diào)節(jié)起偏器（2)和檢偏器（5)的偏振方向成初始角度，將待測器件（4)旋轉(zhuǎn)到起始位 置； 反饋控制系統(tǒng)（7)分別驅(qū)動待測器件（4)和/或檢偏器（5)旋轉(zhuǎn)多個指定角度，獲得 與多個指定角度相對應(yīng)的多個第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量得到的光電 流比值； 反饋控制系統(tǒng)（7)根據(jù)獲得的多個光電流比值計算待測器件（4)的f)DL和相位延遲 量。
9· 一種利用權(quán)利要求I-7中任一項所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性 檢測裝置的檢測方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟一：調(diào)節(jié)起偏器（2)和檢偏器（5)的偏振方向成初始角度，將待測器件（4)旋轉(zhuǎn)到 起始位置； 步驟二：驅(qū)動待測器件（4)旋轉(zhuǎn)使待測器件（4)的光軸與起偏器（2)偏振方向之間的 夾角C變化第一指定角度，此時獲得第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量得到 的光電流比值L; 步驟三：驅(qū)動檢偏器（5)旋轉(zhuǎn)使檢偏器（5)與起偏器（2)的偏振方向之間的夾角Θ變 化第二指定角度，此時獲得第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量得到的光電流 比值1 2 ; 步驟四：驅(qū)動待測器件⑷旋轉(zhuǎn)使待測器件⑷的光軸與起偏器⑵偏振方向之間的 夾角C變化第三指定角度，此時獲得第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量得到 的光電流比值1 3 ; 步驟五：繼續(xù)驅(qū)動待測器件⑷旋轉(zhuǎn)使待測器件⑷的光軸與起偏器⑵偏振方向之 間的夾角C變化第四指定角度，此時獲得第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量 得到的光電流比值1 4 ; 步驟六：反饋控制系統(tǒng)⑵根據(jù)獲得的光電流比值IrI4計算待測器件⑷的TOL和相 位延遲量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測方法，其特征在于： 所述步驟六進(jìn)一步包括判斷獲得的PDL是否大于預(yù)設(shè)容限，該容限大于〇,其取值具體 依據(jù)測量所需的精度而定；若是，轉(zhuǎn)入下述步驟7 ;否則，結(jié)束操作； 步驟七：繼續(xù)驅(qū)動待測器件（4)旋轉(zhuǎn)使待測器件（4)的光軸與起偏器（2)偏振方向之 間的夾角C變化第五指定角度，此時獲得第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量 得到的光電流比值1 5 ; 步驟八：繼續(xù)驅(qū)動待測器件⑷旋轉(zhuǎn)使待測器件⑷的光軸與起偏器⑵偏振方向之 間的夾角C變化第六指定角度，此時獲得第一光電探測器（6)與第二光電探測器（8)測量 得到的光電流比值1 6 ; 步驟九：反饋控制系統(tǒng)（7)根據(jù)待測器件（4)的材料類型判斷待測器件（4)的快軸方 向。
11. 一種利用權(quán)利要求1-7中任一項所述的光源偏振狀態(tài)動態(tài)反饋的相位延遲器特性 檢測裝置的檢測方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟一：調(diào)節(jié)起偏器（2)和檢偏器（5)的偏振方向相互垂直，驅(qū)動待測器件（4)找到消 光位置，并在待測器件（4)上做標(biāo)記，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； 步驟二：驅(qū)動待測器件⑷旋轉(zhuǎn)，使待測器件⑷的光軸與起偏器⑵偏振方向之間的 夾角（C)變化JI/4角度，第一光電探測器（6)測量相應(yīng)的光電流Ila，第二光電探測器（8) 同時測量基準(zhǔn)光電流Ilb，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值Ii = Ila/Ilb ; 步驟三：驅(qū)動檢偏器（5)旋轉(zhuǎn)，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，第一光電探測器（6)測量相應(yīng)的光電流I2a，第二光電探測器⑶同時測量 基準(zhǔn)光電流I 2b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值I2 = I2a/I2b ; 步驟四：采用與步驟二中相同的方向驅(qū)動待測器件⑷旋轉(zhuǎn)，使待測器件⑷的光軸與 起偏器⑵偏振方向之間的夾角（C)同方向變化n/4,第一光電探測器（6)測量相應(yīng)的光 電流I3a，第二光電探測器⑶同時測量基準(zhǔn)光電流I 3b，計算去除光源偏振波動影響后的光 電流比值I3 = I3a/I3b ; 步驟五：繼續(xù)同方向驅(qū)動待測器件（4)旋轉(zhuǎn)，使待測器件（4)的光軸與起偏器（2)偏振 方向之間的夾角（C)再同方向變化π/2,第一光電探測器（6)測量相應(yīng)的光電流I4a，第二 光電探測器（8)同時測量基準(zhǔn)光電流I 4b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值14 = ^4a/^4b ? 步驟六：反饋控制系統(tǒng)（7)根據(jù)其計算模炔撫_?魂計算 待測器件（4)的PDL和相位延遲量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的檢測方法，其特征在于： 所述步驟六計算獲得PDL值，判斷PDL大于預(yù)設(shè)容限時，轉(zhuǎn)入以下步驟七； 步驟七：繼續(xù)同方向驅(qū)動待測器件⑷旋轉(zhuǎn)，使待測器件⑷的光軸與起偏器⑵偏振 方向之間的夾角（0繼續(xù)同方向變化π/8,第一光電探測器（6)測量相應(yīng)的光電流I5a，第 一光電探測器8同時測量基準(zhǔn)光電流I 5b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值15 = 15a/15b ; 步驟八：繼續(xù)同方向驅(qū)動待測器件（4)旋轉(zhuǎn)，使待測器件（4)的光軸與起偏器（2)偏振 方向之間的夾角（C)再同方向變化π/2,第一光電探測器（6)測量相應(yīng)的光電流I6a，第二 光電探測器（8)同時測量基準(zhǔn)光電流I 6b，計算去除光源偏振波動影響后的光電流比值16 = -^6a/-^6b * 步驟九：反饋控制系統(tǒng)（7)判斷待測器件⑷的快軸方向：比較待測器⑷快軸和慢 軸的二向色性吸收系數(shù)DpD2，當(dāng)Di > D2時，若15 > 16,判斷待測器件（4)標(biāo)記的消光位置 方向為其快軸方向；否則，判斷待測器件（4)標(biāo)記的消光位置方向為其慢軸方向；iDi <D2 時，若I5 < 16,判斷待測器件（4)標(biāo)記的消光位置方向為其快軸方向；否則判斷對待測器件 (4)標(biāo)記的消光位置方向為其慢軸方向。
【文檔編號】G01M11/02GK104215432SQ201410496145
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張璐, 胡強(qiáng), 高羅勇, 王玥 申請人:武漢光迅科技股份有限公司