CN111289225B - 连续激光加载下液晶波片相位特性的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置及测量方法，装置由探测激光器、第一反射镜、平面玻璃分光板、连续激光器、第二反射镜、待测液晶波片、等腰三角楔形板、光束质量分析仪和计算机组成。该方法利用平面玻璃分光板将探测光束分为两束，利用一块等腰三角楔形板使得所述的两束光束偏折，实现两束光的空间干涉。本发明光路简单，对环境不敏感，可以提高相位测试精度，可以准确评估不同激光参数作用对液晶波片相位调制特性的影响。

Description

连续激光加载下液晶波片相位特性的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及液晶波片，特别是一种连续激光加载下液晶波片相位特性的测量装置和方法。

背景技术

液晶波片不但可以实现对入射激光的可调谐相位延迟，而且具备对入射角度不敏感、在紫外到红外波段具有较好的透过率、非机械化、易于制备大尺寸等优势，被广泛地应用于激光系统。连续激光加载下，尤其是高平均功率连续激光加载下，液晶材料的自身参数以及液晶盒的热胀冷缩会造成液晶波片相位调制特性的变化。测量连续激光加载下液晶波片的相位调制特性对液晶波片在连续激光中的实际应用以及拓展液晶波片的应用领域具有非常重要的科学意义和实用价值。测量相位调制特性常用干涉法。其中，双光路干涉法测量连续激光加载下液晶器件相位调制特性的装置由于两束光经过了不同的光学元件，对环境震动比较敏感(参见Xi T,Di J,Dou J,et al.Measurement of thermal effect inhigh-power laser irradiated liquid crystal device using digital holographicinterferometry[J].Applied Physics B-Lasers And Optics,2019,125:103)；共光路干涉法测量采用渥斯特棱镜分光，利用聚焦透镜使得两路光束偏折后在透镜焦点位置干涉，该方法虽然对环境震动不敏感，但一方面渥斯特棱镜实验室里不常见，且加工难度较大；另一方面由于透镜的会聚作用，会使光束在传输过程的光斑大小改变，两光束在透镜焦点位置产生的干涉图样尺寸较小，影响相位测试精度(参见苗悦，白福忠，刘珍，田朝平，梅秀庄.采用共光路干涉法测量液晶空间光调制器的相位调制特性.激光与光电子学进展，2016(2):021204-1～021204-6)。

发明内容

为克服上述问题，本发明提出一种连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置和方法。该方法简单易行，可以实现对连续激光加载下液晶波片相位调制的测量。

本发明的技术解决方案如下：

一种连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置，其特点在于，由探测激光器、第一反射镜、平面玻璃分光板、连续激光器、第二反射镜、待测液晶波片、等腰三角楔形板、光束质量分析仪和计算机组成，上述部件的关系如下：

沿所述的探测激光器的输出光方向放置所述的第一反射镜，所述的平面玻璃分光板放置于所述的第一反射镜的反射光方向，所述的反射光经过所述的平面玻璃分光板的前表面和后表面反射后被分成传输方向平行的第一光束和第二光束，在所述的第一光束和第二光束的传输方向依次放置所述的等腰三角楔形板和所述的光束质量分析仪，所述的等腰三角楔形板的顶角与所述的第一光束和第二光束的传输方向相对，所述的光束质量分析仪通过USB口与所述的计算机相连；

所述的待测液晶波片放置在所述的等腰三角楔形板之前的第一光束的传输路径中，所述的连续激光器输出的激光经第二反射镜反射后入射到所述的待测液晶波片。

利用上述连续激光加载液晶波片相位调制特性变化的测量装置对液晶波片相位调制特性变化的测量方法，该方法包括下列步骤：

1)，打开探测激光器，将所述的待测液晶波片放置在所述的等腰三角楔形板之前的第一光束的传输路径中，左右移动所述的等腰三角楔形板，使所述的第一光束和第二光束平行且对称地入射到所述的等腰三角楔形板的两个侧腰上；

2)沿所述的等腰三角楔形板对称轴方向移动所述的光束质量分析仪，直到所述的计算机采集到干涉图为止，此时光束质量分析仪所在位置即为第一光束和第二光束空间相遇的位置；

3)所述的计算机记录采集干涉图，并提取干涉图纵向中心位置像素值随水平横向位置的变化数据，获得干涉条纹周期宽度Λ；

4)打开所述的连续激光器，调整第二反射镜的倾斜及俯仰角度，使所述的连续激光器输出的激光在所述的待测液晶波片的辐照位置与第一光束的辐照区域重合；

5)所述的计算机记录采集到的干涉图，并提取干涉图纵向中心位置像素强度值随水平横向像素位置的变化数据；

6)将5)中获取的数据和3)获取的数据进行对比，获得条纹移动量Δ；

7)在连续激光加载下，所述的待测液晶波片的相位变化Δφ按下列公式计算：Δφ＝2π(Δ/Λ)。

本发明的技术效果是：

1、光路简单，通过使用不同厚度玻璃分光板，即可改变第一光束和第二光束的分开距离，在此基础上结合液晶波片的位置移动，便可以实现对尺寸较大液晶波片不同位置相位调制特性的测量。

2、由于第一光束和第二光束从分离到偏折干涉的过程，除了经过待测元件外，仅经过了同一块偏折元件，所以该测试装置和方法对环境不敏感；

3、采用楔形板偏折第一光束和第二光束，不改变两束干涉光束在传输过程中的光斑大小，干涉图样尺寸足够大，有利于提高相位测试精度。

附图说明

图1是连续激光加载下测量液晶波片相位调制特性变化的测量装置示意图。

图2是计算机提取的连续激光加载前后干涉图纵向中心位置像素强度值随水平横向像素位置的变化。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制发明的保护范围。

请参阅图1。图1是本发明连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置示意图。图中101—探测激光器、102—第一反射镜、103—平面玻璃分光板、104—第一光束、105—第二光束、106—辐照激光器、107—第二反射镜、108—待测液晶波片、109—等腰三角楔形板，110—光束质量分析仪，111—计算机。

本发明连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置，由探测激光器101、第一反射镜102、平面玻璃分光板103、连续激光器106、第二反射镜107、待测液晶波片108、等腰三角楔形板109、光束质量分析仪110和计算机111组成，上述部件的关系如下：

沿所述的探测激光器101的输出光方向放置所述的第一反射镜102，所述的平面玻璃分光板103放置于所述的第一反射镜102的反射光方向，所述的反射光经过所述的平面玻璃分光板103的前表面和后表面反射后被分成传输方向平行的第一光束104和第二光束105，在所述的第一光束104和第二光束105的传输方向依次放置所述的等腰三角楔形板109和所述的光束质量分析仪110，所述的等腰三角楔形板109的顶角与所述的第一光束104和第二光束105的传输方向相对，所述的光束质量分析仪110通过USB口与所述的计算机111相连；

所述的待测液晶波片108放置在所述的等腰三角楔形板109之前的第一光束104的传输路径中，所述的连续激光器106输出的激光经第二反射镜107反射后入射到所述的待测液晶波片108。

利用上述连续激光加载液晶波片相位调制特性变化的测量装置对液晶波片相位调制特性变化的方法，该方法包括下列步骤：

1)打开探测激光器101，将所述的待测液晶波片108放置在所述的等腰三角楔形板109之前的第一光束104的传输路径中，左右移动所述的等腰三角楔形板109，使所述的第一光束104和第二光束105平行且对称地入射到所述的等腰三角楔形板109的两个侧腰上；

2)沿所述的等腰三角楔形板109称轴方向移动所述的光束质量分析仪110，直到所述的计算机111采集到干涉图为止，此时光束质量分析仪110所在位置即为第一光束104和第二光束105空间相遇的位置；

3)所述的计算机111记录采集干涉图，并提取干涉图纵向中心位置像素强度值随水平横向像素位置的变化数据，获得干涉条纹周期宽度Λ；

4)打开所述的连续激光器106，调整第二反射镜107的倾斜及俯仰角度，使所述的连续激光器106输出的激光在所述的待测液晶波片108的辐照位置与第一光束104的辐照区域重合；

5)所述的计算机111记录采集到的干涉图，并提取干涉图纵向中心位置像素值随水平横向位置的变化数据；

6)将5)中获取的数据和3)获取的数据进行对比，获得条纹移动量Δ；

7)在连续激光加载下，所述的待测液晶波片108的相位变化Δφ按下列公式计算：Δφ＝2π(Δ/Λ)。

请参阅图2。图2是计算机提取的连续激光加载前后干涉图纵向中心位置像素强度值随水平横向像素位置的变化数据。具体实例中，采集到的干涉图是12位彩色图像，其中实线代表连续激光未加载时干涉图纵向中心位置像素值随水平横向像素位置的变化数据，虚线代表连续激光加载时干涉图纵向中心位置像素值随水平横向位置的变化数据。干涉条纹周期宽度Λ为实线相邻波峰之间的横向像素距离，从图2可以得到Λ＝26；条纹移动量Δ为实线和虚线相邻线波峰之间的像素距离，从图2可以得到Δ＝14；根据Δφ＝2π(Δ/Λ)，可得

Claims (1)

1.利用连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置对液晶波片相位调制特性变化的测量方法，所述的连续激光加载下液晶波片相位调制特性变化的测量装置，由探测激光器(101)、第一反射镜(102)、平面玻璃分光板(103)、连续激光器(106)、第二反射镜(107)、待测液晶波片(108)、等腰三角楔形板(109)、光束质量分析仪(110)和计算机(111)组成；沿所述的探测激光器(101)的输出光方向放置所述的第一反射镜(102)，所述的平面玻璃分光板(103)放置于所述的第一反射镜(102)的反射光方向，所述的反射光经过所述的平面玻璃分光板(103)的前表面和后表面反射后被分成传输方向平行的第一光束(104)和第二光束(105)，在所述的第一光束(104)和第二光束(105)的传输方向依次放置所述的等腰三角楔形板(109)和所述的光束质量分析仪(110)，所述的等腰三角楔形板(109)的顶角与所述的第一光束(104)和第二光束(105)的传输方向相对，所述的光束质量分析仪(110)通过USB口与所述的计算机(111)相连；所述的待测液晶波片(108)放置在所述的等腰三角楔形板(109)之前的第一光束(104)的传输路径中，所述的连续激光器(106)输出的激光经第二反射镜(107)反射后入射到所述的待测液晶波片(108)；其特征在于该方法包括下列步骤：

1)打开探测激光器(101)，将所述的待测液晶波片(108)放置在所述的等腰三角楔形板(109)之前的第一光束(104)的传输路径中，左右移动所述的等腰三角楔形板(109)，使所述的第一光束(104)和第二光束(105)平行且对称地入射到所述的等腰三角楔形板(109)的两个侧腰上；

2)沿所述的等腰三角楔形板(109)对称轴方向移动所述的光束质量分析仪(110)，直到所述的计算机(111)采集到干涉图为止，此时光束质量分析仪(110)所在位置即为第一光束(104)和第二光束(105)空间相遇的位置；

3)所述的计算机(111)记录采集干涉图，并提取干涉图纵向中心位置像素强度值随水平横向像素位置的变化数据，获得干涉条纹周期宽度Λ；

4)打开所述的连续激光器(106)，调整第二反射镜(107)的倾斜及俯仰角度，使所述的连续激光器(106)输出的激光在所述的待测液晶波片(108)的辐照位置与第一光束(104)的辐照区域重合；

5)所述的计算机(111)记录采集到的干涉图，并提取干涉图纵向中心位置像素强度值随水平横向像素位置的变化数据；

6)将5)中获取的数据和3)获取的数据进行对比，获得条纹移动量Δ；

7)在连续激光加载下，所述的待测液晶波片(108)的相位变化Δφ按下列公式计算：Δφ＝2π(Δ/Λ)。

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