專利名稱：測量pbs偏振膜面偏向角度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置及方法。
背景技術(shù)：
PBS是偏振分光棱鏡的簡稱，PBS由兩個直角三角棱鏡組合構(gòu)成，其中在兩個直角三角棱鏡的膠合面上鍍有特定波長的偏振膜，以便能夠使入射光分為P光和S光分別進(jìn)行傳播。在通常情況下，膠合面和棱鏡底面之間成45°，如果膠合面與棱鏡底面之間的實際夾角有所偏差，則入射光相對于膠合面的入射角就不在偏振膜的布儒斯特角上，由此必然會大大降低通過晶體后P光和S光的比值，在通常情況下，當(dāng)摻雜有大量S光的P光通過 PBS晶體后，晶體本身作用就降低了。此外，在激光器量化生產(chǎn)中，相應(yīng)PBS的位置由機架件固定，如果PBS鍍膜面偏向角度超過公差，則會引起S光偏轉(zhuǎn)出激光器設(shè)計孔位的問題， 如果傳播距離較長，必然會產(chǎn)生光偏出鏡架所能調(diào)節(jié)范圍的情況，由此將對工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)生很大的不便，因此，準(zhǔn)確測量PBS偏振膜面和底面(或者水平面)之間的角度顯得尤為重要。目前還沒有測量成品PBS晶體內(nèi)部膠合面偏向角的方案。其最原始的測量方法是在兩個三角棱鏡沒有膠合之前，測量每個三角棱鏡的角度，這樣斜面和底面之間的夾角可以近似的認(rèn)為是晶體內(nèi)部膠合面的偏向角。但是，晶體在鍍膜膠合后，可能由于工藝等問題，膠合縫之間會引起誤差，使得偏向角度有所改變，由此測量得到的PBS偏振膜面與底面之間的偏向角度并不準(zhǔn)確。當(dāng)偏向角相差很大時，會造成偏振光偏振態(tài)不純的現(xiàn)象，大大影響激光器的出光質(zhì)量，同時，還會引起指向的偏差，大大降低工業(yè)化激光器生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置及方法，旨在提高PBS偏振膜面偏向角度的測量精度，進(jìn)一步提高工業(yè)化生成效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置，包括帶有PBS托架的工裝支架，所述PBS托架用于放置PBS ；反射鏡，放置在工裝支架底部，位于PBS正下方；第一二維俯仰調(diào)節(jié)架，設(shè)置在工裝支架上，用于對反射鏡進(jìn)行角度調(diào)整；第二二維俯仰調(diào)節(jié)架，設(shè)置在工裝支架上，用于對PBS進(jìn)行角度調(diào)整；
成像機構(gòu)，與PBS對應(yīng)設(shè)置； 顯像機構(gòu)，與所述成像機構(gòu)對應(yīng)設(shè)置；當(dāng)入射光射向所述成像機構(gòu)時，入射光通過在成像機構(gòu)、PBS及反射鏡的不同的光傳播線路在顯像機構(gòu)上顯示出若干亮點，調(diào)整所述反射鏡對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架的二維角度使所述亮點中最亮的兩個亮點重合，得到所述PBS偏振膜面相對于入射面的偏向角。優(yōu)選地，所述成像機構(gòu)包括第一分束鏡、第二分束鏡和凸透鏡，入射光的其中一部分依次通過第一分束鏡、第二分束鏡和凸透鏡并在顯像機構(gòu)上形成最亮點。優(yōu)選地，所述顯像機構(gòu)包括CXD相機。優(yōu)選地，所述反射鏡采用銀鏡，所述第一二維俯仰調(diào)節(jié)架位于所述銀鏡下方。優(yōu)選地，所述PBS托架上位于所述PBS正下方設(shè)有通光孔。優(yōu)選地，所述CCD相機與計算機連接，并采用計算機來分析所述亮點的位置。優(yōu)選地，所述第一分束鏡為1 1分束鏡；所述第二分束鏡為1 9分束鏡。優(yōu)選地，所述凸透鏡焦距f = 150mm ；所述銀鏡的表面形變小于1/6 λ。優(yōu)選地，所述CXD相機前放置有衰減片。本發(fā)明還提出一種測量PBS偏振膜面偏向角度的方法，包括以下步驟通過調(diào)節(jié)第一二維俯仰調(diào)節(jié)架、第二二維俯仰調(diào)節(jié)架分別使反射鏡以及PBS保持水平；將入射光照射于成像機構(gòu)的第一分束鏡，所述入射光通過在第一分束鏡、第二分束鏡、凸透鏡、PBS以及反射鏡內(nèi)的不同的光傳播線路而在CCD相機上成像多個亮點；選取上述多個亮點中最亮和次亮的兩個亮點；觀察CCD相機的顯示屏，同時調(diào)整所述反射鏡對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架的二維角度，使所述最亮和次亮的兩個亮點重合；所述第一二維俯仰調(diào)節(jié)架在X，Y方向上的相對偏移角即為PBS偏振膜面相對于入射面的偏向角。優(yōu)選地，所述入射光照射于成像機構(gòu)的第一分束鏡時，入射光的一部分依序經(jīng)過第一分束鏡、第二分束鏡以及凸透鏡并在C⑶相機上成像一個亮點，這時調(diào)節(jié)凸透鏡與CXD 相機的距離，使該亮點成像最小。本發(fā)明提出的一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置及方法，入射光通過成像機構(gòu)、PBS和反射鏡在CCD相機上成像的最亮的兩個亮點進(jìn)行比較與并進(jìn)行位置調(diào)整，將所有的加工誤差考慮進(jìn)去，從整體上方便快捷、準(zhǔn)確的測量得到PBS偏振膜面的偏向角度，提高了 PBS偏振膜面偏向角度的測量精度；而且本發(fā)明能夠檢測出已經(jīng)成品的PBS鍍膜面相對于其入射面的偏向角度，能夠在激光器生產(chǎn)中提出其量化指標(biāo)，對于公差范圍以外的晶體不予以使用，這樣能夠極大地提高激光器量化生產(chǎn)的效率。同時為PBS廠家提供了一種新的出廠檢測方法和途徑，為工業(yè)化生產(chǎn)中每個PBS的安裝提供相應(yīng)的參考信息，有利于PBS 生產(chǎn)過程的管理和控制。另外，本發(fā)明裝置也可以測量那些不易拆卸的內(nèi)部具有反射面的透明物體的相對角度。


圖1是本發(fā)明測量PBS偏振膜面偏向角度裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明測量PBS偏振膜面偏向角度方法的流程示意圖。為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚、明了，下面將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述。
具體實施例方式本發(fā)明實施例解決方案主要是通過利用光路可逆性原理，配合使用高精度陣列CCD (Charge-coupled Device,電荷耦合元件)相機，對入射光在CCD相機上成像的兩個亮點進(jìn)行位置調(diào)整，以測量PBS偏振膜面的實際偏向角，將所有的加工誤差考慮進(jìn)去，從整體上測量得PBS偏振膜面的偏向角度，以提高了 PBS偏振膜面偏向角度的測量精度。如圖1所示，本發(fā)明一個實施例提出一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置，包括帶有PBS托架5的L型工裝支架6，PBS托架5用于放置PBS 4、設(shè)置在工裝支架6底部且位于PBS 4正下方的反射鏡8、設(shè)置在工裝支架6上并分別對反射鏡8和PBS 4進(jìn)行角度調(diào)整的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7和第二二維俯仰調(diào)節(jié)架10、與PBS 4處于同一光路的成像機構(gòu)，以及對應(yīng)成像機構(gòu)設(shè)置的顯像機構(gòu)。當(dāng)入射光線射向成像機構(gòu)時，入射光通過成像機構(gòu)、PBS 4與反射鏡8形成不同的光傳播線路，一部分入射光線在成像機構(gòu)中成像；另一部分入射光線透過成像機構(gòu)射向PBS 4，經(jīng)PBS 4偏振膜面反射至反射鏡8，經(jīng)反射鏡8再次反射，入射至成像機構(gòu)，經(jīng)成像機構(gòu)在顯像機構(gòu)上顯示出若干亮點，調(diào)整反射鏡8對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7的二維角度使上述各亮點中最亮和次亮的兩個亮點重合，得到PBS 4的偏振膜面相對于入射面的偏向角；該PBS4的偏振膜面相對于入射面的偏向角即為第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7在X，Y方向上的相對偏移角度。在本實施例中，成像機構(gòu)包括第一分束鏡1、與第一分束鏡1同光路設(shè)置的第二分束鏡9和凸透鏡3，入射光的其中一部分依次通過第一分束鏡1、第二分束鏡9和凸透鏡3 并在顯像機構(gòu)上形成最亮點。本實施例中，顯像機構(gòu)包括CXD相機2，放置于凸透鏡3的焦點上；凸透鏡3位于第二分束鏡9與CXD相機2之間，一部分入射光經(jīng)過第二分束鏡9反射至凸透鏡3，在顯像機構(gòu)上形成最亮點；另一部分入射光經(jīng)過第二分束鏡9透射至PBS 4的偏振膜面上，經(jīng)PBS 4的偏振膜面的光垂直反射進(jìn)入反射鏡8，根據(jù)光路的可逆性，進(jìn)入反射鏡8的光線經(jīng)過反射鏡8的反射，通過PBS4以及第二分束鏡9等照射到第一分束鏡1上，在第一分束鏡1上部分光反射，部分光透射，其中反射回來的光，傳播到第二分束鏡9上然后會反射進(jìn)CCD相機2上，這時在CXD相機2上會形成兩個主要的亮點。本實施例CXD相機2與計算機連接， 并采用計算機來分析亮點的位置。在本實施例中，第二分束鏡9為1 9分束鏡，即為10%反射，90%透射的分束鏡， 并按相應(yīng)工作角度放置；第一分束鏡1為1 1分束鏡或者50%反射的鏡片；凸透鏡3可以采用焦距f= 150mm的透鏡；C⑶相機2為陣列(XD，其中像素間距越小越好，在設(shè)計時可以采用分辨率為IOMX IOM，像素間距為13um的(XD。同時CXD配有相應(yīng)軟件連接到計算機上，這樣可以分析采集到的圖像。在實際測量時，由于采用的是連續(xù)激光，所以CCD數(shù)據(jù)的采集可以內(nèi)觸發(fā)連續(xù)采集。其中為了防止CCD被打壞，在使用CCD的時候，其前面需放置衰減片。本實施例中反射鏡采用銀鏡8，在銀鏡8下方設(shè)置用于調(diào)節(jié)亮點位置的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7。第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7帶有刻度，其在X，Y兩個方向的讀數(shù)精度可以為 0.02°，誤差調(diào)節(jié)范圍可以為士5°，如果測量其他透明物體，其測量角度的范圍可以相應(yīng)的變化。銀鏡8的表面形變小于1/6 λ。在本實施例中，PBS托架5上位于PBS 4正下方設(shè)有通光孔11。該通光孔11的大小可以根據(jù)PBS 4的大小來改變，比如可以設(shè)計為7. 5mmX 7. 5mm。理論上，工裝支架6與PBS托架5之間的距離越遠(yuǎn)測量結(jié)果越精確，在實際設(shè)計時，工裝支架6與PBS托架5之間的距離可以為150mm。在本實施例中，結(jié)合水平儀調(diào)節(jié)PBS 4水平位置精度的第二二維俯仰調(diào)節(jié)架10設(shè)置在PBS 4的下方，如圖1所示。通常PBS 4具有各種尺寸，下面以30mmX 30mmX 30mm的PBS 4為例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。在測量時，為了更真實的模擬實際應(yīng)用情景，使用PBS 4本身的工作波長(1064nm或者1053歷)，具體以波長為1053nm為例說明PBS 4偏振膜面偏向角的測量原理如下首先，調(diào)節(jié)激光器出射的1053nm光使其嚴(yán)格的平行于光學(xué)平臺(未圖示)。 其中出射光線的中心高可以根據(jù)不同的PBS 4來進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本實例中，PBS 4為 30mmX30mmX30mm，可以采用中心高為215mm。在測量時，使用水平偏振方光進(jìn)行測量。然后，將水平儀(未圖示)放置在PBS托架5上，調(diào)節(jié)其俯仰調(diào)節(jié)架(即本實施例中所指第二二維俯仰調(diào)節(jié)架10，使其保持嚴(yán)格的水平，同時也平行于光學(xué)平臺(通常光學(xué)平臺均已水平校準(zhǔn)過)。然后將水平儀放置到銀鏡8上，通過第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7將銀鏡 8調(diào)節(jié)水平。1053nm的入射光通過第一分束鏡1后，一部分被反射回去，其余部分透射。透射部分的光通過第二分束鏡9后，小部分反射到凸透鏡3上，大部分透射過第二分束鏡9。將 CXD相機2放置到凸透鏡3的焦點上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)CXD相機2和凸透鏡3的相對位置即兩者距離，使其成像最小。通過第二分束鏡9后的線偏振光入射到PBS 4上面，由于入射光的偏振方向相對于偏振膜為S光方向，所以大部分光均垂直向下傳播。向下傳播的光照射到銀鏡8上，然后會反射回來，根據(jù)光路的可逆性，反射回來的光通過PBS 4，第二分束鏡9等照射到第一分束鏡1上。在第一分束鏡1上部分光反射，部分光透射，其中反射回來的光，傳播到第二分束鏡9上然后會反射進(jìn)CXD相機2上，這時在CXD相機2上面會形成兩個主要的亮點，也可能會形成多個亮點，則選取其中最亮的兩個亮點。觀察C⑶相機2的顯示屏，通過調(diào)節(jié)第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7的二維角度，使兩個亮點重合。這時第一二維俯仰調(diào)節(jié)架7在X，Y方向的相對偏移角，即為PBS4的偏振膜面相對于水平面的偏向角。本實施例利用光路可逆性原理，配合使用高精度陣列CXD相機2，將PBS 4考慮成一個黑盒子，不管其中間過程，而使用實際光線測量其偏向，得到的結(jié)果將所有的加工誤差考慮進(jìn)去，即為PBS 4偏振膜面實際偏向角度的結(jié)果。通過本發(fā)明本技術(shù)方案能夠檢測出已經(jīng)成品PBS 4鍍膜面相對于其入射面的偏向角度，能夠在激光器生產(chǎn)中提出其量化指標(biāo)，對于公差范圍以外的晶體不予以使用，這樣能夠極大地提高激光器量化生產(chǎn)的效率。同時為PBS 4廠家提供了一種新的出廠檢測方法和途徑，有利于PBS 4生產(chǎn)過程的管理和控制。同時，本發(fā)明裝置也可以測量那些不易拆卸的、內(nèi)部具有反射面的透明物體的相對角度。如圖2所示，本發(fā)明實施例提出一種采用上述裝置測量PBS偏振膜面偏向角度的方法，包括步驟S101，通過調(diào)節(jié)第一二維俯仰調(diào)節(jié)架、第二二維俯仰調(diào)節(jié)架分別使反射鏡以及PBS保持水平；
步驟S102，將入射光照射于成像機構(gòu)的第一分束鏡，入射光通過在第一分束鏡、第二分束鏡、凸透鏡、PBS以及反射鏡內(nèi)的不同的光傳播線路而在CCD相機上成像多個亮點；本實施例中入射光經(jīng)過調(diào)節(jié)測試，保證其水平入射到系統(tǒng)當(dāng)中。步驟S103，選取上述多個亮點中最亮和次亮的兩個亮點；步驟S104，觀察CXD相機的顯示屏，同時調(diào)整反射鏡對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架的二維角度，使最亮和次亮的兩個亮點重合；第一二維俯仰調(diào)節(jié)架在X，Y方向上的相對偏移角即為PBS偏振膜面相對于入射面的偏向角。本發(fā)明實施例測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置及方法，通過對入射光在CCD相機上成像的最亮的兩個亮點進(jìn)行比較與位置調(diào)整，將所有的加工誤差考慮進(jìn)去，從整體上方便快捷、準(zhǔn)確的測量得到PBS偏振膜面的偏向角度，提高了 PBS偏振膜面偏向角度的測量精度；而且本發(fā)明能夠檢測出已經(jīng)成品的PBS鍍膜面相對于其入射面的偏向角度，能夠在激光器生產(chǎn)中提出其量化指標(biāo)，對于公差范圍以外的晶體不予以使用，這樣能夠極大地提高激光器量化生產(chǎn)的效率。同時為PBS廠家提供了一種新的出廠檢測方法和途徑，為工業(yè)化生產(chǎn)中每個PBS的安裝提供相應(yīng)的參考信息，有利于PBS生產(chǎn)過程的管理和控制。另外， 本發(fā)明裝置也可以測量那些不易拆卸的內(nèi)部具有反射面的透明物體的相對角度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置，其特征在于，包括帶有PBS托架的工裝支架，所述PBS托架用于放置PBS ；反射鏡，放置在工裝支架底部，位于PBS正下方；第一二維俯仰調(diào)節(jié)架，設(shè)置在工裝支架上，用于對反射鏡進(jìn)行角度調(diào)整；第二二維俯仰調(diào)節(jié)架，設(shè)置在工裝支架上，用于對PBS進(jìn)行角度調(diào)整；成像機構(gòu)，與PBS對應(yīng)設(shè)置；顯像機構(gòu)，與所述成像機構(gòu)對應(yīng)設(shè)置；當(dāng)入射光射向所述成像機構(gòu)時，入射光通過在成像機構(gòu)、PBS及反射鏡的不同的光傳播線路在顯像機構(gòu)上顯示出若干亮點，調(diào)整所述反射鏡對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架的二維角度使所述亮點中最亮的兩個亮點重合，得到所述PBS 偏振膜面相對于入射面的偏向角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像機構(gòu)包括第一分束鏡、第二分束鏡和凸透鏡，入射光中的其中一部分依次通過第一分束鏡、第二分束鏡和凸透鏡，并在顯像機構(gòu)上形成最亮點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述顯像機構(gòu)包括CCD相機。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡采用銀鏡，所述第一二維俯仰調(diào)節(jié)架位于所述銀鏡下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述PBS托架上位于所述PBS正下方，并設(shè)有通光孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述CCD相機與計算機連接，并采用計算機來分析所述亮點的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第一分束鏡為1 1分束鏡；所述第二分束鏡為1 9分束鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述凸透鏡焦距f=150mm;所述銀鏡的表面形變小于1/6 λ。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述CCD相機前放置有衰減片。
10.一種測量PBS偏振膜面偏向角度的方法，其特征在于，包括以下步驟通過調(diào)節(jié)第一二維俯仰調(diào)節(jié)架、第二二維俯仰調(diào)節(jié)架分別使反射鏡以及PBS保持水平；將入射光照射于成像機構(gòu)的第一分束鏡，所述入射光通過在第一分束鏡、第二分束鏡、 凸透鏡、PBS以及反射鏡內(nèi)的不同的光傳播線路而在CCD相機上成像多個亮點；選取上述多個亮點中最亮和次亮的兩個亮點；觀察CCD相機的顯示屏，同時調(diào)整所述反射鏡對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架的二維角度，使所述最亮和次亮的兩個亮點重合；所述第一二維俯仰調(diào)節(jié)架在X，Y方向上的相對偏移角即為PBS偏振膜面相對于入射面的偏向角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述入射光照射于成像機構(gòu)的第一分束鏡時，入射光的一部分依序經(jīng)過第一分束鏡、第二分束鏡以及凸透鏡并在C⑶相機上成像一個亮點，這時調(diào)節(jié)凸透鏡與CXD相機的距離，使該亮點成像最小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置及方法，其中裝置包括帶有PBS托架的工裝支架、放置在工裝支架底部的反射鏡、設(shè)置在工裝支架上并分別對反射鏡和PBS進(jìn)行角度調(diào)整的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架和第二二維俯仰調(diào)節(jié)架、與PBS處于同一光路的成像機構(gòu)，以及對應(yīng)成像機構(gòu)設(shè)置的顯像機構(gòu)。當(dāng)入射光射向成像機構(gòu)時，入射光通過在成像機構(gòu)、PBS及反射鏡的不同的光傳播線路在顯像機構(gòu)上顯示出若干亮點，調(diào)整反射鏡對應(yīng)的第一二維俯仰調(diào)節(jié)架的二維角度使亮點中最亮的兩個亮點重合，得到PBS偏振膜面相對于入射面的偏向角。本發(fā)明將所有加工誤差考慮進(jìn)去，提高了測量精度以及激光器量化生產(chǎn)的效率。
文檔編號G01M11/04GK102539124SQ201110063329
公開日2012年7月4日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者朱光, 樊仲維 申請人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司