本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及到一種基于光譜干涉裝置的測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

雙折射晶體在光學(xué)波片，光延遲，激光測(cè)量等方面有重要的應(yīng)用。雙折射晶體的在通光方向上的厚度決定了雙折射晶體的延遲量，并直接決定了基于該材料的器件的性能指標(biāo)和應(yīng)用范圍。

現(xiàn)有的雙折射晶體厚度測(cè)量方法存在測(cè)量精度不夠的技術(shù)問題。因此，本發(fā)明提出一種基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，通過對(duì)白光干涉光譜進(jìn)行傅里葉變換運(yùn)算來得到待測(cè)雙折射晶體的厚度，能實(shí)現(xiàn)微米級(jí)厚度的測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中存在的測(cè)量精度不足的技術(shù)問題。提供一種新的基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)具有不損傷待測(cè)雙折射晶體、測(cè)量方便、精度高的特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案如下：

一種基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括光源101，與光源101依次連接的擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡102、起偏器103、檢偏器105、自聚焦透鏡106、光譜儀107及數(shù)據(jù)處理單元108；待測(cè)雙折射晶體104連接于所述起偏器103與檢偏器105之間；所述起偏器103用于將經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡102輸出的平行光起偏為線偏振光；所述起偏器103的偏振軸與待測(cè)雙折射晶體(104)的任意偏振軸有夾角θ；所述檢偏器105與待測(cè)雙折射晶體104的任意偏振軸夾角為45度；其中，θ≠Nπ，N為整數(shù)。

上述技術(shù)方案中，為優(yōu)化，進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理單元108為電腦。

進(jìn)一步地，所述光源101為寬譜光源。

進(jìn)一步地，所述測(cè)量系統(tǒng)系的厚度測(cè)量靈敏度為微米量級(jí)。

進(jìn)一步地，所述測(cè)量裝置用于雙折射晶體厚度測(cè)量。

本發(fā)明還提供一種基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括：

(1)打開光源101，旋轉(zhuǎn)起偏器103調(diào)整夾角θ，觀察光譜儀接收到的光譜條紋，使其干涉對(duì)比度最佳，獲得最佳干涉條紋，干涉條紋為：

(2)使用光譜儀采集步驟(1)所述最佳光譜干涉條紋，數(shù)據(jù)處理單元108對(duì)步驟(1)中最佳干涉條紋進(jìn)行傅里葉變換，得到交流項(xiàng)及直流項(xiàng)；

(3)根據(jù)步驟(2)交流項(xiàng)及直流項(xiàng)的時(shí)間間隔，計(jì)算出待測(cè)雙折射晶體104的延遲量t；

(4)根據(jù)步驟(3)所述延遲量t及待測(cè)雙折射晶體104的折射率n，計(jì)算出待測(cè)雙折射晶體104的厚度h：

h＝ct/n；

測(cè)試靈敏度d為：

其中，λ₀為光源的中心波長，Δλ為光源譜寬，c為光速，t為待測(cè)雙折射晶體104的延遲量。

上述方案中，為優(yōu)化，進(jìn)一步地，所述步驟(2)中傅里葉變換為快速傅里葉變換。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1，本發(fā)明中基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)示意圖。

圖2，光譜干涉條紋示意圖。

圖3，傅里葉變換后交直流項(xiàng)功率示意圖。

附圖中，

101-光源，102-擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡、103-起偏器、104-待測(cè)雙折射晶體，105-檢偏器、106-自聚焦透鏡，107-光譜儀，108-數(shù)據(jù)處理單元。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括光源101，與光源101依次連接的擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡102、起偏器103、檢偏器105、自聚焦透鏡106、光譜儀107及數(shù)據(jù)處理單元108；待測(cè)雙折射晶體104連接于所述起偏器103與檢偏器105之間；所述起偏器103用于將經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡102輸出的平行光起偏為線偏振光；所述起偏器103的偏振軸與待測(cè)雙折射晶體(104)的任意偏振軸有夾角θ；所述檢偏器105與待測(cè)雙折射晶體104的任意偏振軸夾角為45度；其中，θ≠Nπ，N為整數(shù)。

其中，數(shù)據(jù)處理單元108為電腦；所述光源101為寬譜光源。

工作原理：光源101輸出的激光經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡102后變?yōu)槠叫泄廨敵?，該輸出光?jīng)起偏器103起偏后變?yōu)橐痪€偏振光，該線偏振光入射進(jìn)待測(cè)雙折射晶體104中，該雙折射晶體將入射線偏振光分解為偏振方向相互垂直的兩路光，兩路光經(jīng)檢偏器105后入射到一自聚焦透鏡106中,該透鏡將空間光耦合進(jìn)光纖，其輸出光通過光譜儀107接收。起偏器103的偏振軸必須調(diào)節(jié)成與雙折射晶體的任意偏振軸有一定的夾角，檢偏器105必須調(diào)節(jié)成與雙折射晶體的任意一偏振軸成45度夾角。

光經(jīng)過起偏器103后變?yōu)榫€偏振光，如果該起偏器的偏振方向與雙折射晶體的快軸的夾角為θ，則該線偏振光將分解為兩路光并分別在雙折射晶體的快軸和慢軸上傳播。假設(shè)起偏器103輸出的線偏振光為I_o(ω)，則雙折射晶體中傳輸?shù)钠穹较蛳嗷ゴ怪钡膬陕饭饪杀硎緸椋?/p>

I_x＝I_o(ω)cos²θ

I_y＝I_o(ω)sin²θ

兩路光分別在晶體的快軸和慢軸上傳輸，經(jīng)過一厚度為d的雙折射晶體后，由于晶體兩個(gè)偏振傳輸軸的折射率不同，導(dǎo)致兩路光經(jīng)過雙折射晶體后，它們之間有一定的時(shí)延差。兩路偏振方向相互垂直的光經(jīng)過檢偏器45度檢偏后，它們的偏振方向?qū)⒃谕环较颉＞哂幸欢ü獬滩畹恼駝?dòng)方向相同的兩路光即使超出了光源的相干長度，在頻域上仍然有干涉條紋的存在。因此，兩路光經(jīng)過檢偏器后，在頻域上便形成了干涉條紋，通過光譜儀便可直接得到該光譜干涉條紋，光譜儀接收到的干涉條紋在頻域上可表示為：

其中，φ(ω)為兩路光經(jīng)雙折射晶體后的光程差，該光譜干涉條紋如圖2。

調(diào)節(jié)起偏器103與雙折射晶體偏振軸的角度可以調(diào)整干涉光譜圖的對(duì)比度，進(jìn)而可以調(diào)整上圖中干涉光譜圖的峰峰值。對(duì)該光譜干涉條紋進(jìn)行傅里葉變換，就可以得到一個(gè)直流項(xiàng)和一個(gè)交流項(xiàng)，如圖3所示。圖中交流項(xiàng)和直流項(xiàng)之間的時(shí)間差等于待測(cè)雙折射晶體輸出的兩路光之間的時(shí)延差，根據(jù)交直流項(xiàng)之間的延時(shí)差t，光速c和雙折射晶體的折射率n得到待測(cè)雙折射晶體的厚度h＝ct/n。

該方法的厚度測(cè)量靈敏度有光源的中心波長λ₀和光源譜寬Δλ決定，厚度測(cè)量靈敏度

測(cè)量系統(tǒng)系的厚度測(cè)量靈敏度為微米量級(jí)。本實(shí)施例中，光源中心波長為860nm，譜寬為50nm，則系統(tǒng)的厚度測(cè)量靈敏度為14微米。

本實(shí)施例中的量裝置用于雙折射晶體厚度測(cè)量。

本實(shí)施例還提供一種基于光譜干涉裝置的測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括：

(1)打開光源101，旋轉(zhuǎn)起偏器103調(diào)整夾角θ，觀察光譜儀接收到的光譜條紋，使其干涉對(duì)比度最佳，獲得最佳干涉條紋，干涉條紋為：

(2)使用光譜儀采集步驟(1)所述最佳光譜干涉條紋，數(shù)據(jù)處理單元108對(duì)步驟(1)中最佳干涉條紋進(jìn)行傅里葉變換，得到交流項(xiàng)及直流項(xiàng)；

(3)根據(jù)步驟(2)交流項(xiàng)及直流項(xiàng)的時(shí)間間隔，計(jì)算出待測(cè)雙折射晶體104的延遲量t；

(4)根據(jù)步驟(3)所述延遲量t及待測(cè)雙折射晶體104的折射率n，計(jì)算出待測(cè)雙折射晶體104的厚度h：

h＝ct/n；

測(cè)試靈敏度d為：

其中，λ₀為光源的中心波長，Δλ為光源譜寬，c為光速，t為待測(cè)雙折射晶體104的延遲量。

通過將所述步驟(2)中傅里葉變換優(yōu)化為快速傅里葉變換，能夠加快測(cè)試方法的測(cè)試速度，提高測(cè)試效率。

盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，只要各種變化只要在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。