朱久凱，吳福全，李志煥，付世榮，張蓓蓓，楊海磊

（1.山東省激光偏光與信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東曲阜273165；2.曲阜師范大學(xué)激光研究所，山東曲阜273165）

基準(zhǔn)復(fù)合法測量波片的相位延遲

朱久凱1，2，吳福全1，2，李志煥1，2，付世榮1，2，張蓓蓓1，2，楊海磊1，2

（1.山東省激光偏光與信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東曲阜273165；2.曲阜師范大學(xué)激光研究所，山東曲阜273165）

利用復(fù)合波片的基本原理，設(shè)計(jì)了測量波片相位延遲的方法——基準(zhǔn)復(fù)合法.該方法所需器件僅為1對(duì)偏光棱鏡和1個(gè)λ／4波片，就可對(duì)具有任意延遲的波片進(jìn)行測量.

復(fù)合波片；基準(zhǔn)復(fù)合法；偏振光；相位延遲量

1 引 言

目前，波片相位延遲的測量方法已有許多種，如光學(xué)外差法［1］、斯托克斯參量法［2］、橢偏法［3－4］、光電調(diào)制補(bǔ)償法［5－6］以及若干偏振光的干涉法［7］等.前4種方法測量的精度比較高，但所使用的儀器設(shè)備比較昂貴且方法復(fù)雜，后一種方法測量精度太低且還需要光電接受系統(tǒng).本文利用復(fù)合波片的基本原理，給出了不僅操作簡單而且測量精度高的方法——基準(zhǔn)復(fù)合法，所需器件僅為1對(duì)偏光棱鏡和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的λ／4波片.

2 復(fù)合波片的基本理論

復(fù)合波片的設(shè)計(jì)原理應(yīng)基于單元波片的串聯(lián)組合，是在“邦加球”理論基礎(chǔ)上而推導(dǎo)出的詳細(xì)而系統(tǒng)的理論［8］.如圖1所示的二元波片復(fù)合情況，一束角頻率為ω、振幅為A的單色光通過起偏器后變成線偏振光，然后通過延遲分別為δ1和δ2的2個(gè)波片.

為求出出射光的偏振態(tài)［9］，建立如圖2所示坐標(biāo)系，設(shè)入射線偏振光的振動(dòng)方向OP與y軸夾角為α，兩波片的快軸y和y′成θ角.

圖1 復(fù)合波片光路

圖2 復(fù)合波片上的坐標(biāo)系

經(jīng)過一系列的推導(dǎo)最終可以得到兩波片的相位差為［8］

對(duì)（1）式進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：

此時(shí)出射光為正橢圓偏振光；若Ax′＝Ay′，則出射光為圓偏振光.

2）當(dāng)Δδ＝kπ，k＝0，±1，±2…時(shí)，α和θ滿足

出射光為線偏振光；若線偏振光電矢量相對(duì)于y′軸成β角，則有

3 基準(zhǔn)復(fù)合法的原理

任給一延遲δ1＝δ的波片，取δ2＝90°，且令α＝θ＝45°，代入（1）式，得

（5）式說明，不論δ多大，當(dāng)兩波片的復(fù)合角為45°，且入射線偏振光振動(dòng)方向平行于λ／4波片的快軸時(shí)，出射光總是線偏振光.

又由（4）式可求出出射光轉(zhuǎn)過的角度β滿足

即

由（6）式可知線偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過了δ／2的角度.因此，只要測出出射光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過的角度β，即可得到所測波片的相位延遲量δ＝2β.

4 實(shí)驗(yàn)裝置及測量結(jié)果

取云母片為待測樣品，并確定出其快慢軸.按圖3設(shè)置測量光路，通過調(diào)整，讓起偏器P的主截面平行于λ／4波片的快軸，讓樣品的快軸與波片的快軸夾角為45°.

轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器A，直到消光為止，記下P和A的主截面的夾角φ，則偏振光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度為90°－φ，被測樣品的相位延遲量為

圖3 基準(zhǔn)復(fù)合法光路

表1為樣品測量的結(jié)果，其中δ′是用光電調(diào)制補(bǔ)償法測得的結(jié)果.測量精度由刻度盤的最小讀數(shù)決定，本文采用分度值為1°的刻度盤支架，結(jié)果較粗略，如果采用分度值為0.1°的帶游標(biāo)的旋轉(zhuǎn)支架，可以精確到0.1°.這種測量方法在一般實(shí)驗(yàn)室中都能做到，能夠?qū)哂腥我庀辔谎舆t的波片進(jìn)行測量，根據(jù)不同的要求可以達(dá)到不同的測量精度.

表1 測量結(jié)果

5 結(jié)束語

本文根據(jù)復(fù)合波片的基本原理，設(shè)計(jì)出了操作簡單且測量精度高的基準(zhǔn)復(fù)合法用來測量波片的相位延遲.這種測量方法所需器件簡單，僅為1對(duì)偏光棱鏡和1個(gè)λ／4，在一般實(shí)驗(yàn)室中都能做得到，能夠?qū)哂腥我庀辔谎舆t的波片進(jìn)行測量，根據(jù)不同的要求選用不同的刻度盤支架可以達(dá)到不同的測量精度.基準(zhǔn)復(fù)合法相對(duì)其他方法簡單高效，值得在實(shí)驗(yàn)室推廣應(yīng)用.

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Measuring phase delay of wave plate by benchmark composite method

ZHU Jiu－kai1，2，WU Fu－quan1，2，LI Zhi－h(huán)uan1，2，F(xiàn)U Shi－rong1，2，ZHANG Bei－bei1，2，YANG Hai－lei1，2
（1.Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Polarization and Information Technology，Qufu 273165，China；2.Laser Research Institute，Qufu Normal University，Qufu 273165，China）

Based on the basic principle of composite wave plate，the phase delay was measured by the benchmark composite method.The method required only one pair of polarizing prisms and a quarter－wave plate，and could measure plates with any phase delay.

composite wave plate；benchmark composite method；polarized light；phase delay

O436.3

A

1005－4642（2012）11－0038－03

［責(zé)任編輯：郭 偉］

2012－05－25；修改日期：2012－09－04

朱久凱（1987－），男，山東定陶人，曲阜師范大學(xué)激光研究所碩士研究生，主要研究方向?yàn)槠窆鈱W(xué)和薄膜光學(xué).

指導(dǎo)教師：吳福全（1952－），男，山東鄆城人，曲阜師范大學(xué)激光研究所教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槠馕锢韺W(xué)與偏光技術(shù).