專利名稱：偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)薄膜的測量，具體涉及到一種偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置。
背景技術(shù)：
偏振分光薄膜是指當(dāng)某一特定波長的光以某一角度入射到它的表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生P偏振光高透過，S偏振光高反射的薄膜。偏振分光薄膜的偏振測量是指測量它對(duì)于某一特定波長在某一角度入射時(shí)P偏振光和S偏振光的透過率，并算出它的消光比。
在激光器中，偏振分光薄膜是一個(gè)重要的光學(xué)元件，起著偏振光隔離的作用，它的偏振分光性能將直接影響到激光器輸出激光的偏振特性。
現(xiàn)在使用的偏振測量裝置一般是通過對(duì)起偏晶體的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整測量光的偏振態(tài)，或者是在起偏晶體后面加上半波片，通過旋轉(zhuǎn)半波片來調(diào)節(jié)偏振態(tài)。由于起偏晶體的作用是用來對(duì)一個(gè)較寬波段范圍的光起偏，它的消光比并不高，如果使用消光比高的起偏晶體，價(jià)格十分昂貴，并且由于采用手工調(diào)節(jié)起偏角度，測量光束的實(shí)際起偏角度與所要求的偏振角度可能會(huì)有一點(diǎn)偏差，因此測量精度比較低，難以滿足高要求、高精度激光器的要求。實(shí)際上如何研究發(fā)明出一種能夠精確測量出偏振分光薄膜消光比并且成本又很低的測量裝置一直是一個(gè)重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的困難，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠性高、測量精度高并且價(jià)格便宜的偏振分光薄膜消光比的測量裝置。它主要用于1064nm激光的測量，但又不局限于1064nm，也可以擴(kuò)展到532nm、355nm以及其它激光波長的測量。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，包括光源，其特征在于沿該光源發(fā)出光束的前進(jìn)方向依次是第一偏振分光鏡和第二偏振分光鏡形成的組合式起偏器、反射鏡、分束鏡，所述光束經(jīng)該分束鏡分束后，其透射光束經(jīng)待測樣品進(jìn)入第一能量計(jì)，其反射光束由第二能量計(jì)接收，所述的第一能量計(jì)和第二能量計(jì)的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入口相連，該計(jì)算機(jī)處理來自第一能量計(jì)和第二能量的數(shù)據(jù)，顯示或打印測試樣品的透射率、反射率以及消光比，所示的待測樣品放置在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。
所述的第一偏振分光鏡和第二偏振分光鏡分別放置在一相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，該相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)位于一平板上，該平板固定在第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。
所述的第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)與第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)共旋轉(zhuǎn)軸。
所述的光源為Nd-YAG激光器，或具有倍頻或者三倍頻晶體Nd-YAG激光器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、組合起偏器的引入，可獲得到高消光比的偏振光，并且消除了偏振光偏振角度的偏差。
2、分束鏡的引入，用兩個(gè)能量計(jì)分別記錄經(jīng)過待測樣品的透射光和分光鏡的反射光，消除了光源抖動(dòng)等不穩(wěn)定性給測量結(jié)果帶來的影響。
3、本裝置通過電腦自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測試結(jié)果能夠直接顯示出來，裝置性能穩(wěn)定可靠，精確讀高。
4、本實(shí)用新型裝置成本低，薄膜偏振分光鏡與起偏晶體相比，其成本要低很多。
5、通過在改變激光器的輸出波長和選用適當(dāng)?shù)牡谝黄穹止忡R和第二偏振分光鏡，本實(shí)用新型還可以用來測量樣品對(duì)532nm、355nm及其它波長光的偏振特性。


圖1是本實(shí)用新型偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置的結(jié)構(gòu)及測量樣品P分量光性的光路圖圖2是本實(shí)用新型裝置測量樣品S分量光性的測量光路圖圖3是組合式起偏器的俯視圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，由圖可見，本實(shí)用新型偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，包括光源1，其特征在于沿光源1發(fā)出光束的前進(jìn)方向依次是由第一偏振分光鏡2-1和第二偏振分光鏡2-2形成的組合式起偏器、反射鏡3、分束鏡4，所述光束經(jīng)該分束鏡4分束后，其透射光束經(jīng)待測樣品5-1進(jìn)入第一能量計(jì)6，其反射光束由第二能量計(jì)7接收，所述的第一能量計(jì)6和第二能量計(jì)7的輸出端與計(jì)算機(jī)8的輸入口相連，所述的待測樣品5-1放置在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5-2上。所述的組合式起偏器的第一偏振分光鏡2-1和第二偏振分光鏡2-2分別放置在一相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-3和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-4上，該相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-3和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-4位于一平板2-5上，該平板2-5固定在第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6上，如圖3所示。
所述的第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-2與第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6共軸。
所述的光源1是Nd-YAG激光器，提供波長為1064nm的單色光。
所述的第一偏振分光鏡2-1和第二偏振分光鏡2-2是在K9玻璃基底上鍍制在1064nm處P分量透過率大于99％、消光比大于100∶1的偏振分光薄膜，其主要目的是提供具有較高偏振特性的偏振光。
該相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-3和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-4位于一平板2-5上，該平板2-5固定在第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6上，兩塊偏振分光鏡通過齒輪嚙合，使它們的旋轉(zhuǎn)角度大小相等，方向相反，以用來補(bǔ)償光束在基底中折射所帶來的空間位移，同時(shí)還可以提供更高的消光比。該組合被放置在可精確控制的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-3和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-4上，可以通過偏振分光鏡的特性來選擇所需要的旋轉(zhuǎn)角度。
待測樣品5-1放置在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5-2上，也能夠精確控制旋轉(zhuǎn)角度，用來測量不同角度入射時(shí)待測樣品5-1的偏振特性。
分束鏡4，通過它的精確分光特性，可以為我們提供一個(gè)和測量光束相比較的對(duì)比光束，同時(shí)還可以消除由于光源的抖動(dòng)等不穩(wěn)定性對(duì)測量結(jié)果的影響。
本實(shí)用新型裝置的測試原理如下測量待測樣品5-1的P分量光的透過率時(shí)，我們用偏振分光鏡的透射光來測量，光路如圖1所示。設(shè)每一片偏振分光鏡在1064nm處的消光比為N∶1(通過分光光度計(jì)lambda900初步測量，我們鍍制的偏振分光鏡在1064nm處的消光比約為100∶1)。當(dāng)消偏的YAG激光通過第一偏振分光鏡2-1時(shí)，就可以得到初步的偏振光。其P分量和S分量的能量之比為IP1IS1=N1]]>其中IP1、IS1分別為透過的P、S分量光的能量。
當(dāng)光束透過1064nm處消光比為M∶1的第二個(gè)偏振分光鏡2-2后，其P分量和S分量的能量之比為IP2IS2=N×M1×1=(N×M):1]]>如是，本實(shí)用新型測量系統(tǒng)的總的消光比就為(N×M)∶1。當(dāng)N、M都為100時(shí)，總的消光比可以達(dá)到10000∶1。如果再加上幾組偏振分光鏡，我們可以得到更高消光比的偏振光。
同時(shí)，由于這種偏振光是由偏振分光鏡自身產(chǎn)生的，它的偏振方向與入射面是絕對(duì)平行的，光束入射到樣品上時(shí)就是高消光比的P偏振光，不會(huì)引入偏振角度的偏差。
用同樣的原理，我們測量S分量的透過率時(shí)，用偏振分光鏡的反射光來測量，其光路如圖2所示，圖2和圖1相比，區(qū)別在于第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，使由光源1發(fā)出的光束經(jīng)過組合式起偏器后形成高純度的S偏振光，也不會(huì)引入偏振角度的偏差。
得到P分量和S分量的偏振光后，我們就可以用分束鏡4和第一能量計(jì)6和第二能量計(jì)7來測量待測樣品5-1的透過率。
同樣我們用P分量的光來加以說明測量方法。開始光路中不放入待測樣品5-1，直接讀出第一能量計(jì)5和第二能量計(jì)6的數(shù)據(jù)I1′和I2′，這樣我們就可以得到分束鏡4在1064nm處的分束比αα=I1′I2′]]>這個(gè)數(shù)據(jù)只需測量一次，測出后存入電腦作為一個(gè)參數(shù)來計(jì)算樣品的透過率。
測量時(shí)，放入待測樣品5-1，并調(diào)整至要測量的角度。第一能量計(jì)6和第二能量計(jì)7測出的數(shù)據(jù)分別為I1和I2，我們可以得到I1I2=TP×I1′I2′=TP×α]]>即TP=I1I2α=I1I2×I2′I1′]]>式中TP是P偏振光的透過率。
同樣道理，當(dāng)我們用偏振分光鏡的反射光來測量時(shí)，可以測出S分量光的透射率TS，這樣我們就可以的出樣品在1064nm處的消光比TP/TS。
通過旋轉(zhuǎn)第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6的角度以選擇測量P偏振光還是S偏振光；樣品5-1放置在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5-2上，可以通過改變第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)5-2的旋轉(zhuǎn)角度，可測量光束以不同角度入射待測樣品5-1時(shí)的透過率。第一能量計(jì)6和第二能量計(jì)7的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)8，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就可以算出樣品P偏振光的透過率Tp。
圖2是本實(shí)用新型偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置S分量光的測量光路圖，由圖可見，其構(gòu)成和P偏振光測量相似，也是沿主光路為光源1發(fā)出的1064nm的激光通過第二偏振分光鏡2-2和第一偏振分光鏡2-1的兩次反射產(chǎn)生高質(zhì)量的S偏振光，然后光路直接通過分束鏡4將光束分成兩束，其中透射光路通過樣品5-1，然后被第一能量計(jì)6接受，反射光直接被第二能量計(jì)7接受。測量S偏振光時(shí)，只要將第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6旋轉(zhuǎn)到一個(gè)已經(jīng)定標(biāo)好的角度，使測量S偏振時(shí)與測量P偏振時(shí)共用相同的測量光路，同時(shí)在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)2-6上放置一個(gè)擋板2-7擋住通過第二偏振分光鏡2-2)的透過光，避免它對(duì)后面的測量光路造成影響。通過計(jì)算機(jī)8采集第一能量計(jì)6和第二能量計(jì)7的能量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理就可求得待測樣品的S偏振光的透過率Ts。
這樣，測出P分量和S偏振光的透過率后，計(jì)算機(jī)8將自動(dòng)地算出待測樣品5-1，即偏振分光薄膜的消光比Tp/Ts，并自動(dòng)地顯示在顯示屏上。
經(jīng)分析和試用證明，本實(shí)用新型裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠性高、測量精度高和成本低的特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，包括光源(1)，其特征在于沿光源(1)發(fā)出光束的前進(jìn)方向依次是由第一偏振分光鏡(2-1)和第二偏振分光鏡(2-2)形成的組合式起偏器、反射鏡(3)、分束鏡(4)，所述光束經(jīng)該分束鏡(4)分束后，其透射光束經(jīng)待測樣品(5-1)進(jìn)入第一能量計(jì)(6)，其反射光束由第二能量計(jì)(7)接收，所述的第一能量計(jì)(6)和第二能量計(jì)(7)的輸出端與計(jì)算機(jī)(8)的輸入口相連，所述的待測樣品(5-1)放置在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(5-2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，其特征在于所述的光源(1)為Nd-YAG激光器，。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，其特征在于所述的第一偏振分光鏡(2-1)和第二偏振分光鏡(2-2)分別放置在一相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-3)和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-4)上，該相互嚙合的第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-3)和第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-4)位于一平板(2-5)上，該平板(2-5)固定在第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-6)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，其特征在于所述的第二旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-2)與第三旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2-6)共軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，其特征在于所述的光源(1)為具有倍頻或者三倍頻晶體Nd-YAG激光器，相應(yīng)的第一偏振分光鏡(2-1)和第二偏振分光鏡(2-2)的適用波長分別為532nm以及355nm。
專利摘要一種偏振分光薄膜消光比的精確測量裝置，包括光源，其特征在于沿該光源發(fā)出光束的前進(jìn)方向依次是第一偏振分光鏡和第二偏振分光鏡形成的組合式起偏器、反射鏡、分束鏡，所述光束經(jīng)該分束鏡分束后，其透射光束經(jīng)待測樣品進(jìn)入第一能量計(jì)，其反射光束由第二能量計(jì)接收，所述的第一能量計(jì)和第二能量計(jì)的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入口相連，該計(jì)算機(jī)處理來自第一能量計(jì)和第二能量的數(shù)據(jù)，顯示或打印測試樣品的透射率、反射率以及消光比，所示的待測樣品放置在第四旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。本實(shí)用新型裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠性高、測量精度高和成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK2798070SQ20052004276
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者傅小勇, 易葵, 朱美萍, 王丹, 畢軍, 申雁鳴, 邵建達(dá), 范正修 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所