激光回馈波片位相延迟测量的误差源和消除方法.pdf

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激光回馈波片位相延迟测量的误差源及消除方法 刘名,张书练,刘维新 清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京(100084) E-mail: zsl-dpi@ 摘 要:激光回馈是一种新型的波片位相延迟测量的方法。将波片放置在激光器与回馈镜之 间,可使激光回馈波形产生偏振90 度旋转(即跳变)现象,而两偏振态所占的周期比(占 空比)与波片的位相延迟相关。先测得占空比即可由计算机自动给出波片位相延迟。采用正 反向两次扫描回馈镜,两次获得并测出占空比,可以很好地消除由于两偏振态损耗的波动造 成的测量误差,提高了该方法长期测量的稳定性。测量的重复性达到0.5 度。该方法结构简 单,在线测量精度高,满足工业化生产的需要。 关键词:激光回馈;波片位相差;偏振跳变 1. 引言 波片作为位相延迟器,在与偏振光有关的光学系统中有着广泛的应用,如外差激光干涉 仪,偏振光干涉系统,偏光显微镜、椭偏仪、光隔离器、窄带光滤波器、可调光衰减器、光 [1] 盘驱动器光拾取头等等,其中波片的位相延迟误差会对系统产生影响 。正是由于波片在实 际光学系统中的广泛应用,波片的测量技术显得尤为重要。传统的测量方法有旋转消光法、 电光调制法、磁光调制法等,这些方法本质上都属于消光法,需要测角机构,使得整个系统 结构庞大,并且测角的精度会对测量结果产生很大的影响[2-6] 。新型的测量方法包括激光频 率分裂法、激光回馈法等,激光频率分裂法精度很高,结构也很简单,但是需要对波片镀增 透膜,不适合实际生产的测量要求[7] 。而激光回馈法中,待测波片在激光腔外,不需要进行 镀膜处理,而且整个系统中不需要测角机构以及高精度的检偏器,结构十分简单,因而大大 简化了测量的过程,很适合在线测量的需要。 激光回馈法是利用激光回馈中的偏振跳变现象,通过测量一个扫描周期中两个偏振态的 占空比来实现对波片的测量。由于在长期的测量过程中,很难保证激光器对于两个偏振态的 损耗完全相同,同时,波片的倾斜会造成两个偏振态的透过率不同,当两个偏振态的光强比 值发生变化时,会造成上述占空比的变化,最终导致测量结果产生误差。本文提出了一种双 向扫描测量的方法,可以从理论上完全消除这种误差源,有效地提高了该方法长期测量的准 确性。 测量装置: P M3 WP M2 W M1 D2 D1 D/A DR1 PC DR2 APM A/D 图1 激光回馈波片测量仪装置图 - 1 - 激光回馈波片位相延迟法的测量装置如图 1 所示,反射镜 M1 、M2 及增透窗片 W 构成 半外腔单纵模 He-Ne 激光器,通过控制压电陶瓷 PZT2 可以使激光器始终在中心频率附近工 作;M3 为回馈镜,反射率为 10%,由压电陶瓷 PZT1 驱动,在计算器输出的三角波信号的 驱动下做往复运动;WP 为待测波片,其快轴方向与激光器的本征偏振方向一致;D1 为光 电探测器,探测激光器的光强信号,经放大器APM 及 A/D 转换后送入计算机处理;P 为检 偏器,与光电探测器 D2 一起探测回馈信号的偏振信息。 在测量过程中,激光器保证始终工作在中心频率处,出射的线偏振光的偏振方向与波片 的快轴方向重合,PZT1 推动回馈镜 M3 来改变外腔腔长,则我们通过探测器 D2 可以探测 到偏振跳变的波形,根据激光回馈偏振跳变

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