一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置及其調節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置以及應用該裝置的調節(jié)方法，調節(jié)裝置包括偏振光源、反饋控制系統(tǒng)，偏振光源出射的平行線偏振光依次通過共傳輸軸放置的第一轉盤、第二轉盤、檢偏器、光電探測器，第一轉盤和第一電機連接，第二轉盤和第二電機連接；反饋控制系統(tǒng)同光電探測器、第一電機、第二電機相連實現采集分析光電流數據并反饋控制第一電機和第二電機的旋轉狀態(tài)；所述第一轉盤和第二轉盤為中空結構，所述第一轉盤中空結構內設置有固定第一波片的定位裝置，所述第二轉盤中空結構內設置有固定第二波片的定位裝置；采用本發(fā)明裝置針對復合波片快軸垂直度測量的精度高、測量速度快且簡便易行。
【專利說明】一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置及其調節(jié)方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明提出一種復合波片快軸調節(jié)裝置及其調節(jié)方法，特別是一種用于調節(jié)復合波片中各單個波片之間的快軸垂直度的高精度反饋調節(jié)裝置及其調節(jié)方法，屬于偏振光學檢測領域。
【背景技術】
[0002]波片常用作橢偏測量或光學測量中光信號偏振態(tài)的變換器件，它的特性常會對測量結果產生很大的影響。從組成結構和使用方法上看，波片可分為單個波片(以下簡稱單波片)和復合波片兩大類；復合波片通常由兩個或兩個以上多級波片組成，其中相鄰波片間的快軸相互垂直，即將一個波片的快軸與另一個相鄰波片的慢軸相互平行，以得到所需的O~π相位延遲量的膠合波片。與單波片相比，復合波片具有更高的精度，甚至可以消除波片本身的色差，因此在光學儀器設計與光學測量中獲得了廣泛應用，例如基于旋轉補償器，即可旋轉的復合雙波片的廣義橢偏儀已經在薄膜和納米材料測量領域大顯身手。其中，兩個旋轉補償器的工作性能對廣義橢偏儀的整機特性有重要影響，其設計、對準及標定將直接影響到整個儀器的測量精度。期刊【Thin Solid Films，455-456，14 - 23 (2004)】提到，在橢偏儀的設計制造過程中，必須保證所用到的每個旋轉補償器，即復合波片中兩單波片的快軸嚴格垂直，否則會引起經過旋轉補償器的相位差產生高頻振蕩
[0003]實際生產應用中，復合波片的快軸垂直度的調節(jié)方式分手動調節(jié)和電動調節(jié)兩種。手動調節(jié)高度依賴于操作人員的經驗；以復合雙波片為例，首先固定其中一個單波片，然后手動旋轉另一單波片，當肉眼觀察到復合波片的實際相位延遲接近理想值時，即認為調節(jié)完畢。這種方式雖然操作過程相對簡單，但快軸垂直度的精度難以保證，在精度要求較高的場合往往難以滿足實際精度要求。期刊 【J.0pt.Soc.Am.A, 18，1980 (2001)】提到，電動對準方面，美國賓夕法尼亞州立大學的Collins等人借助于旋轉檢偏器式橢偏儀來實現復合雙波片的快軸垂直度調節(jié)該方法將復合雙波片看作特殊的測試樣品并測量、計算其復合相位差，以此來指導調節(jié)雙波片快軸的相對位置，盡管調節(jié)精度較高，但是調節(jié)過程相對復雜，且最終的調節(jié)精度與操作人員的經驗有較大關系。此外，中國專利CN201110350098.X和CN201110349669.8中將復合雙波片的兩個單波片分別設置為固定和可旋轉，利用旋轉檢偏器的方法(與旋轉檢偏器式橢偏儀的測量機理相似)測量、計算其復合相位差，以此指導第二個單波片的旋轉，實現兩個單波片間的快軸垂直度調節(jié)。如專利CN201110350098.X所述，電動調節(jié)方法和裝置的關鍵在于所用控制電機(用于直接或間接帶動波片或檢偏器旋轉)的旋轉精度?？墒牵F有的電動對準方法均是建立在電機具有高旋轉精度的假設之上，均未考慮電機自身的實際旋轉精度所引入的誤差，更沒有考慮光源光強波動等客觀因素引入的誤差，這就導致實際調節(jié)結果與理想值之間總是存在一定的誤差。所以，如何在充分考慮實際裝置測量誤差的條件下，實現復合波片快軸垂直度的快速、高精度對準，仍然是一個待解決的重要問題。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種用于調節(jié)復合波片中各單個波片之間的快軸垂直度的高精度反饋調節(jié)裝置及調節(jié)方法，該方法及裝置能夠在復合波片的若干個單波片快軸方向均未知的情況下，快速檢測各單波片的快軸方向，并實現復合波片中相鄰單波片間快軸垂直度的快速檢測與高精度反饋調節(jié)。
[0005]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置，包括偏振光源、反饋控制系統(tǒng)，偏振光源出射的平行線偏振光依次通過共傳輸軸放置的第一轉盤、第二轉盤、檢偏器、光電探測器，第一轉盤和第一電機連接，第二轉盤和第二電機連接；反饋控制系統(tǒng)同光電探測器、第一電機、第二電機相連實現采集分析光電流數據并反饋控制第一電機和第二電機的旋轉狀態(tài)；所述第一轉盤和第二轉盤為中空結構，所述第一轉盤中空結構內設置有固定第一波片的定位裝置，所述第二轉盤中空結構內設置有固定第二波片的定位裝置。
[0007]所述反饋控制系統(tǒng)設置有計算第一波片和第二波片快軸的垂直度誤差Λ Θ的關
系式:
[0008]
【權利要求】
1.一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置，其特征在于:包括偏振光源(I)、反饋控制系統(tǒng)(6)，偏振光源(I)出射的平行線偏振光依次通過共傳輸軸放置的第一轉盤(2)、第二轉盤(3)、檢偏器(4)、光電探測器(5)，第一轉盤(2)和第一電機(7)連接，第二轉盤(3)和第二電機(8)連接；反饋控制系統(tǒng)(6)同光電探測器(5)、第一電機(7)、第二電機(8)相連實現采集分析光電流數據并反饋控制第一電機(7)和第二電機(8)的旋轉狀態(tài)；所述第一轉盤(2)和第二轉盤(3)為中空結構，所述第一轉盤(2)中空結構內設置有固定第一波片(9)的定位裝置，所述第二轉盤(3)中空結構內設置有固定第二波片(10)的定位裝置。
2.如權利要求1所述的一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置，其特征在于:所述反饋控制系統(tǒng)(6)設置有計算第一波片(9)和第二波片(10)快軸的垂直度誤差Λ Θ的關系式:
3.如權利要求1所述的一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置，其特征在于:所述偏振光源(I)為輸出特性穩(wěn)定的線偏振光源或者是波長可調型偏振光源。
4.如權利要求1所述的一種復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置，其特征在于:所述第一轉盤(2)和第二轉盤(3)的轉動精度均小于反饋控制系統(tǒng)(6)中設定的Λ Θ誤差容限。
5.一種利用權利要求1所述復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置的復合波片快軸垂直度調節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:調節(jié)檢偏器(4)與偏振光源(I)的偏振方向平行； 步驟二:將第一波片(9)、第二波片(10)分別固定于第一轉盤(2)、第二轉盤(3)的定位裝置上，調節(jié)第一波片(9)和第二波片(10)的快軸，使兩波片快軸方向基本相互垂直；步驟三:同向、同速旋轉第一轉盤(2)和第二轉盤(3)，反饋控制系統(tǒng)(6)采集第一波片(9)快軸相對于起始位置的絕對旋轉角度α為a =kJi和a =kJi + π/2時的光電流數據Iffleasure(α，θ )，k為非負整數，由反饋控制系統(tǒng)(6)中設置的計算第一波片(9)和第二波片(10)快軸的垂直度誤差Λ Θ的關系式獲得Λ Θ ； 步驟四:判斷計算結果是否滿足反饋控制系統(tǒng)(6)中預設的△ Θ誤差容限；當滿足設定誤差容限時，反饋調節(jié)結束；當不滿足設定誤差容限時，根據Λ Θ計算值對第二轉盤(3)選擇其旋轉步長和旋轉方向反饋調節(jié)第二波片(10)的快軸角度，然后重復上步驟三的操作，直至Λ Θ計算結果滿足預設的Λ Θ誤差容限。
6.如權利要求5所述的一種復合波片快軸垂直度調節(jié)方法，其特征在于:所述步驟一和步驟二之間還包括如下步驟: 步驟A:查找第二波片(10)的快軸方位，做好標記后，將其從第二轉盤(3)上取下；步驟B:查找第一波片(9)的快軸方位，并做好標記，然后將第二波片(10)放回第二轉盤(3)。
7.如權利要求5或6所述的一種復合波片快軸垂直度調節(jié)方法，其特征在于:所述反饋控制系統(tǒng)(6)在步驟三中采集k = 0，1，……』時Imeasure (0，9)、Imeasure(ji/2，Θ)、……I?(k^ Θ)和(kJi + π/2，Θ)中的多組Ι_.(α，Θ)數據，由公式
8.如權利要求6所述的一種應用復合波片快軸垂直度調節(jié)裝置的調節(jié)方法，其特征在于:所述步驟Α、步驟B中查找波片的快軸方位的具體實現方式為:將波片固定在轉盤上，保證與光路器件共傳輸軸放置，旋轉轉盤直至光電探測器輸出的光電流達到最大值。
【文檔編號】G02B7/00GK103472556SQ201310462635
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30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