CN101634594A - 分束器相位测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种分束器相位测量装置，包括非偏振分束器的相位测量装置和偏振分束器的相位测量装置，对于非偏振分束器的相位测量，其组成包括待测非偏振分束器、2个偏振分光棱镜、4个光电探测器、1个示波器，对于偏振分束器的相位测量，其组成包括1个待测偏振分束器、2个二分之一波片、2个偏振分光棱镜、4个光电探测器、1个示波器。本发明可测量光波通过分束器件后其透射光和反射光的两个正交分量包括垂直分量(s分量)和平行分量(p分量)的相位关系。本发明装置测量简单，易操作。

Description

分束器相位测量装置
技术领域
本发明涉及光波的相位测量，具体是测量光波通过分束器件后其透射光和反射光的两个正交分量包括垂直分量(s分量)和平行分量(p分量)的相位关系。
背景技术
在许多的光学系统中，常常需要用分束器将一束光分成两束光，目前常用的分束器有分光镜，分光平片，分光棱镜等，是广泛应用的光学元件。对于这种分束器件，几乎所有的器件都只测量其分光比，即分成的两束光的光强能量比，并不测量光束通过分光器件后其相位的变化关系，但在某些应用中，如空间相干探测，激光雷达等，不仅需要知道其分光能量比，还需要知道光束被分成两束光后其两个正交分量的相位变化，目前在现有技术中未发现专门测量这种相位关系的装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种分束器相位测量装置，以获得光束通过分光器件后的相位变化关系。
本发明的技术解决方案如下：
分束器包括非偏振分束器和偏振分束器两大类，因此本发明分束器相位测量装置对两大类分束器的相位测量装置有所不同：
一种分束器相位测量装置，特点在于其构成包括：两相互垂直的第一光束和第二光束入射待测非偏振分束器，在该待测非偏振分束器两相互垂直的输出光束方向分别设置第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，在所述的第一偏振分光棱镜的两个输出光束方向分别设置第一光电探测器和第二光电探测器，在所述的第二偏振分光棱镜的两个输出光束方向分别设置第三光电探测器和第四光电探测器，所述的第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和第四光电探测器的输出端接示波器的输入端。
所述的待测非偏振分束器是不考虑偏振态的可将一束光分成两束光的分光器件，包括分光镜，普通分光平片，普通分光棱镜，消偏振分光棱镜，二向色消偏振分光棱镜，消偏振分光平片。
一种分束器相位测量装置，特点在于其构成包括：两相互垂直的第一光束和第二光束入射待测偏振分束器，在该待测偏振分束器的两相互垂直的输出光束方向分别设置所述的第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，在所述的待测偏振分束器和第一偏振分光棱镜之间设置第一1/2波片，在所述的待测偏振分束器和第二偏振分光棱镜之间设置第二1/2波片，所述的第一二分之一波片、第二二分之一波片的快轴或慢轴分别与第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜的主截面成22.5度角放置，在所述的第一偏振分光棱镜的两个输出光束方向分别设置第一光电探测器和第二光电探测器，在所述的第二偏振分光棱镜的两个输出光束方向分别设置第三光电探测器和第四光电探测器，所述的第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和第四光电探测器的输出端接示波器的输入端。
所述的待测偏振分束器为考虑偏振态的可将一束光分成两束偏振态相互垂直的线偏振光的分光器件，包括偏振分光平片，偏振分光棱镜，二向色分光棱镜。
把频率不同的两束线偏振光分别沿垂直方向入射待测分束器，由待测光束器将两束光分别进行分光合成，形成两路合成光，这两路合成光再分别经两个偏振分光棱镜形成四路偏振态两两相同的合成光输出，输出的四路合成光束分别被四个光电探测器探测，然后输入示波器，通过示波器可测量出这四路光的相对相位差，而由这四路光的相对相位差即可求出光波通过待测分束器后的透射光和反射光的垂直分量(s分量)和水平分量(p分量)之间的相位变化关系。在测量非偏振分束器的相位关系时，不需要二分之一波片，但在测量偏振分束器的相位关系时，需分别在两路合成光的光路中加入一个二分之一波片。
所述的偏振分光棱镜是把输入光分成两个偏振态相互垂直的线偏振光的分束器。
本发明提供一种分束器相位测量装置，利用两个偏振分光棱镜分别将通过待测分束器的透射光和反射光的光波电场的两个垂直分量提取出来，通过示波器测量出同偏振态的电场分量的相位差，然后通过四路偏振态两两相同的光波的相对相位差可推算出光波经过待测分束器后电场的两个垂直分量之间的相位变化关系。本发明测量简单，易操作。
附图说明
图1是本发明分束器相位测量装置实施例1对非偏振分束器相位测量装置的结构示意图。
图2是本发明分束器相位测量装置实施例2对偏振分束器相位测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明分束器相位测量装置实施例1对非偏振分束器相位测量装置的结构示意图。由图1可见，本发明非偏振分束器相位测量装置的结构，包括待测非偏振分束器3，第一偏振分光棱镜4，第二偏振分光棱镜5，第一光电探测器6、第二光电探测器7、第三光电探测器8、第四光电探测器9和示波器10。其位置关系是：两相互垂直的第一光束1和第二光束2入射待测非偏振分束器3，在该待测非偏振分束器3两相互垂直的输出光束方向分别设置第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜5，在所述的第一偏振分光棱镜4的两个输出光束方向分别设置第一光电探测器6和第二光电探测器7，在所述的第二偏振分光棱镜5的两个输出光束方向分别设置第三光电探测器8和第四光电探测器8，所述的第一光电探测器6、第二光电探测器7、第三光电探测器8和第四光电探测器9的输出端接示波器10的输入端。
输入光为第一光束1和第二光束2，输出光为光束11，光束12，光束13和光束14。第一输入光束1和第二输入光束2分别沿两个相互垂直的方向入射待测非偏振分束器3，它将输入光束分光合成变成两路合成光束，图1中，水平方向的合成光束经第一偏振分光棱镜4，形成输出光束11、12，垂直方向的合成光束经第二偏振分光棱镜5，形成输出光束13、14。输出光束11、12、、13、14分别被所述的第一光电探测器6、第二光电探测器7、第三光电探测器8和第四光电探测器9探测，探测信号输入示波器，由示波器测量其相对相位差。
测量方法的原理是：使输入的第一光束1、第二光束2为与图1中水平方向成45度角偏振的线偏振光，设A1，A2分别为第一光束1、第二光束2的复振幅，
Figure G2009101949287D00031
为第一光束1、第二光束2在进入待测分束器的入射面时的初始相位差。对于非偏振分束器，光波的平行分量和垂直分量分别被透射和反射，在图1所示的实施例中，输出的四束光束11，12，13，14的光强表达式为：
Figure G2009101949287D00041
Figure G2009101949287D00042
Figure G2009101949287D00043
Figure G2009101949287D00044
式中：tp，rp，ts，rs分别表示输入光矢量的平行分量(p分量)和垂直分量(s分量)通过待测非偏振分束器3的透射率和反射率，αp，βp，αs，βs分别表示透射光中的平行分量、反射光中的平行分量、透射光中的垂直分量、反射光中的垂直分量的相位变化。这样，经示波器10测量出的四路输出光的相位差为：
Figure G2009101949287D00045
Figure G2009101949287D00046
Figure G2009101949287D00048
由方程(5)、(6)、(7)、(8)可得：
Figure G2009101949287D00049
Figure G2009101949287D000410
因此，根据示波器测量出的四路输出光的相位差
Figure G2009101949287D000411
由方程(9)、(10)可算出光经过非偏振分束器3后透射光和反射光的平行分量和垂直分量之间的相位变化关系。
图2是本发明分束器相位测量装置实施例2对偏振分束器相位测量装置的结构示意图。由图可见本发明偏振分束器相位测量装置，构成包括：两相互垂直的第一光束1和第二光束2入射待测偏振分束器31，在该待测偏振分束器31的两相互垂直的输出光束方向分别设置所述的第一偏振分光棱镜4和第二偏振分光棱镜5，在所述的待测偏振分束器31和第一偏振分光棱镜之间设置第一1/2波片15，在所述的待测偏振分束器31和第二偏振分光棱镜5之间设置第二1/2波片16，所述的第一二分之一波片15、第二二分之一波片16的快轴或慢轴分别与第一偏振分光棱镜4、第二偏振分光棱镜5的主截面成22.5度角放置。在所述的第一偏振分光棱镜4的两个输出光束方向分别设置第一光电探测器6和第二光电探测器7，在所述的第二偏振分光棱镜5的两个输出光束方向分别设置第三光电探测器8和第四光电探测器9，所述的第一光电探测器6、第二光电探测器7、第三光电探测器8和第四光电探测器9的输出端接示波器10的输入端。
图2中，水平方向的合成光束先通过第一二分之一波片15，再经第一偏振分光棱镜4，形成输出光束11、12，垂直方向的合成光束先通过第二二分之一波片16，再经第二偏振分光棱镜5，形成输出光束13、14。同样的，输出光束11、12、、13、14分别被第一光电探测器6、第二光电探测器7、第三光电探测器8和第四光电探测器9探测，探测信号输入示波器，由示波器测量其相对相位差。
对于偏振分束器，透射光中只有平行分量，反射光中只有垂直分量，在图2所示的实施例中，测量原理是：调整第一二分之一波片15和第二二分之一波片16的快轴或慢轴分别与第一偏振分光棱镜4、第二偏振分光棱镜5的主截面成22.5度角放置，得到输出的四束光束11，12，13，14的光强表达式为：
Figure G2009101949287D00052
Figure G2009101949287D00053
Figure G2009101949287D00054
经示波器10测量出的四路输出光的相位差为：
Figure G2009101949287D00055
Figure G2009101949287D00056
Figure G2009101949287D00058
这样，光经过偏振分束器后平行分量的透射光和垂直分量的反射光之间的相位变化关系为：
Figure G2009101949287D00059
同理，根据示波器10测量出的
Figure G2009101949287D00061
由(19)式可计算出光经过偏振分束器(31)后平行分量的透射光和垂直分量的反射光之间的相位变化的具体值。

Claims (4)

1、一种分束器相位测量装置，特征在于其构成包括：两相互垂直的第一光束(1)和第二光束(2)入射待测非偏振分束器(3)，在该待测非偏振分束器(3)两相互垂直的输出光束方向分别设置第一偏振分光棱镜(4)和第二偏振分光棱镜(5)，在所述的第一偏振分光棱镜(4)的两个输出光束方向分别设置第一光电探测器(6)和第二光电探测器(7)，在所述的第二偏振分光棱镜(5)的两个输出光束方向分别设置第三光电探测器(8)和第四光电探测器(9)，所述的第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)、第三光电探测器(8)和第四光电探测器(9)的输出端接示波器(10)的输入端。
2、根据权利要求1所述的分束器相位测量装置，其特征在于所述的待测非偏振分束器是包括分光镜、普通分光平片、普通分光棱镜、消偏振分光棱镜、二向色消偏振分光棱镜或消偏振分光平片。
3、一种分束器相位测量装置，特征在于其构成包括：两相互垂直的第一光束(1)和第二光束(2)入射待测偏振分束器(31)，在该待测偏振分束器(31)的两相互垂直的输出光束方向分别设置所述的第一偏振分光棱镜(4)和第二偏振分光棱镜(5)，在所述的待测偏振分束器(31)和第一偏振分光棱镜(4)之间设置第一1/2波片(15)，在所述的待测偏振分束器(31)和第二偏振分光棱镜(5)之间设置第二1/2波片(16)，所述的第一二分之一波片(15)、第二二分之一波片(16)的快轴或慢轴分别与第一偏振分光棱镜(4)、第二偏振分光棱镜(5)的主截面成22.5度角放置，在所述的第一偏振分光棱镜(4)的两个输出光束方向分别设置第一光电探测器(6)和第二光电探测器(7)，在所述的第二偏振分光棱镜(5)的两个输出光束方向分别设置第三光电探测器(8)和第四光电探测器(9)，所述的第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)、第三光电探测器(8)和第四光电探测器(9)的输出端接示波器(10)的输入端。
4、根据权利要求3所述的分束器相位测量装置，其特征在于所述的待测偏振分束器(31)为偏振分光平片、偏振分光棱镜或二向色分光棱镜。
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