專利名稱：位相延遲的檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光檢測技術領域，是關于一種利用激光弱回饋正交光強位相差效應來檢測光學元件位相延遲的方法及其檢測裝置。
背景技術：
位相延遲檢測主要應用于雙折射光學元件或因應力等原因產生的雙折射效應的檢測。其中，最典型的應用就是波片位相延遲的檢測。波片在光學系統(tǒng)中應用量很大，尤其在與偏振光有關的系統(tǒng)中有著廣泛的應用，如光隔離器、光濾波器、光盤光拾取頭、激光外差干涉儀、橢偏儀等。波片自身位相延遲的精度會影響整個系統(tǒng)的使用效果，想要加工高精、度的波片或者必須高精度確定波片實際位相延遲的應用場合，都需要有精確檢測波片的方法。另一個典型的應用就是檢測玻璃的內應力。玻璃材料在加工過程中往往不可避免地會有殘余應力，此外玻璃材料在與其他材料結合時也會有殘余應力，這些殘余應力在某些應用場合會造成不可忽略的影響，因此需要有方法精確檢測這類殘余應力。檢測殘余應力，其實也可以轉化為檢測應力雙折射引起的位相延遲。目前廣泛用于波片位相延遲檢測的方法有旋轉消光法和橢圓偏振法。這兩種方法存在檢測精度不夠或操作復雜的問題。旋轉消光法需要在光路中加入一個標準的1/4波片，這個標準1/4波片的誤差會影響系統(tǒng)的檢測精度，而此誤差通過旋轉消光法系統(tǒng)自身無法測知和消除。橢圓偏振法使用的光源為寬譜光源，通過分光得到需要的檢測光波長，這樣得到的檢測光中心波長誤差較大，從而引入檢測誤差。

發(fā)明內容
綜上所述，確有必要提供一種具有較高精度，且易于操作的位相延遲檢測方法及其檢測裝置。一種位相延遲的檢測方法，包括以下步驟提供一檢測裝置，所述檢測裝置包括激光器、激光弱回饋外腔以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，所述激光器產生的激光初始偏振態(tài)為線偏振，所述激光弱回饋外腔用于容置被測樣品，所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括一渥拉斯頓棱鏡；將被測樣品設置于激光弱回饋外腔中，使被測樣品的快軸和慢軸方向與所述渥拉斯頓棱鏡的O光和e光兩個光軸方向對應一致，且與激光初始偏振方向形成一夾角；以激光器發(fā)出的激光照射所述被測樣品，經回饋后，激光器在所述被測樣品的快慢軸方向上分別形成光強信號，并經渥拉斯頓棱鏡分開，且兩路光強信號之間具有位相差；以數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)分別接收經渥拉斯頓棱鏡輸出的所述被測樣品在快慢軸方向上的光強信號，并進行比較計算處理，得到位相延遲。一種位相延遲的檢測裝置，包括一激光器，所述激光器包括內腔凹面反射鏡、增益管、增透窗片、內腔平面輸出鏡共同構成，其中內腔凹面反射鏡固定在所述增益管的上端，增益管上端與內腔凹面反射鏡固定，下端與增透窗片固定，增透窗片固定在所述增益管的下端，內腔平面輸出鏡位于所述增透窗片的下方且與所述增透窗片間隔設置；一激光弱回饋外腔，所述激光弱回饋外腔包括內腔平面輸出鏡、擴束準直透鏡組、樣品座、外腔平面弱反射鏡由上至下依次間隔設置；一數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括渥拉斯頓棱鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、模/數(shù)轉換器及計算機共同構成，其中渥拉斯頓棱鏡將激光器的輸出光沿被測樣品快慢軸方向分成兩個正交偏振的分量；第一光電探測器、第二光電探測器，位于渥拉斯頓棱鏡上方，分別探測正交方向上的光強信號并轉換成電壓信號；模/數(shù)轉換器，將光電探測器輸出的電壓信號轉換成數(shù)字信號并輸出給計算機；計算機，其輸入端與所述模/數(shù)轉換器的輸出端連接，接收數(shù)字信號進行比較計算處理。本發(fā)明利用半外腔激光器與外部平面反射鏡構成激光回饋系統(tǒng)，利用光強曲線的位相差效應檢測光學元件的位相延遲。渥拉斯頓棱鏡的光軸方向與被測樣品的快(慢)軸方向重合，從而將激光器輸出的光分為兩部分。這兩路光強信號存在位相差，此位相差與被測樣品的位相延遲存在線性關系。測出兩正交方向上的光強信號之間的位相差，即可以得到被測樣品的位相延遲。此檢測方法操作簡單，對被測樣品無特殊要求，且具有應用于殘余應力等微小應力檢測需求的潛力。


圖I是本發(fā)明實施例所述利用激光弱回饋正交光強位相差效應檢測位相延遲的裝置不意 圖2是被測樣品的快慢軸方向與激光初始偏振方向和渥拉斯頓棱鏡光軸方向之間的位置關系示意 圖3是激光弱回饋正交光強位相差效應的原理 圖4是激光弱回饋正交光強位相差效應的實驗圖。主要元件符號說明
_第一光電探測器I廠
_第二光電探測器T
渥拉斯頓棱鏡_
內腔凹面反射鏡_±_
增益管_5_
增透窗片_6_
內腔平面輸出鏡—~
內腔壓電陶瓷f
束準直透鏡組
樣品座_
>卜腔平面弱反射鏡TI
外腔壓電陶瓷
Il /數(shù)轉換器Ti
計算機_H
內腔壓電陶瓷驅動模塊15
_外腔壓電陶瓷驅動模塊 |i~i
如下具體實施例將結合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
具體實施例方式以下將結合附圖詳細說明本發(fā)明提供的位相延遲的檢測方法及檢測裝置。如圖I所示，本發(fā)明第一實施例提供一種位相延遲的檢測裝置及其方法，其裝置包括激光器、激光弱回饋外腔以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。所述激光器既作為光源提供檢測光，又作為接收激光回饋的傳感器，半外(內)腔結構，其初始偏振態(tài)為線偏振，單縱模、基橫模輸出，激光器類型可以是氣體激光器、半導體激光器和固體激光器。所述激光器由內腔凹面反射鏡4、增益管5、增透窗片6、內腔平面輸出鏡7及內腔壓電陶瓷8共同構成。所述增益管5存儲有激光增益介質；所述內腔凹面反射鏡4固定在所述增益管5的上端；所述增透窗片6固定在所述增益管5的下端；所述內腔平面輸出鏡 7，位于所述增透窗片6的下方，且與所述增透窗片6間隔設置；所述內腔壓電陶瓷8位于內腔平面輸出鏡7的下端，且與所述內腔平面輸出鏡7固定設置。通過控制所述內腔壓電陶瓷8上的電壓變化，所述內腔壓電陶瓷8可以推動所述內腔平面輸出鏡7沿激光器軸線方向在微米級范圍內移動，用來穩(wěn)定激光輸出模式。可以理解，所述內腔壓電陶瓷8也可用其他微動元件替代，只要能推動所述內腔平面輸出鏡7沿激光器軸線方向做微米級的移動即可。所述激光弱回饋外腔由內腔平面輸出鏡7、擴束準直透鏡組9、樣品座10、外腔平面弱反射鏡11、外腔壓電陶瓷12由上至下依次設置共同構成。所述擴束準直透鏡組9由凹透鏡和凸透鏡組成，位于內腔壓電陶瓷8下方，且與所述內腔壓電陶瓷8間隔設置；所述擴束準直透鏡組9可將激光器輸出的光進行擴束準直，使激光束在樣品表面覆蓋一定面積；所述擴束準直透鏡組9的兩個透鏡之間以及透鏡組與所述激光器內腔平面輸出鏡7之間的位置可以調節(jié)。所述激光弱回饋外腔用于容納被測樣品，由激光器內腔平面輸出鏡7輸出的激光可入射到被測樣品；在激光弱回饋作用下，激光器的輸出光強信號在被測樣品快慢軸方向上具有位相差，此位相差由被測樣品的位相延遲決定。樣品座10，位于擴束準直透鏡組9下方，且與所述擴束準直透鏡組9間隔設置，所述樣品座10的激光入射面可垂直于其面法線方向旋轉；所述樣品座10上端放置被測樣品，中間有通光孔，檢測時激光可以從孔中穿過；被測樣品隨所述樣品座10可以進行垂直于激光軸線方向上的旋轉。外腔平面弱反射鏡11，位于樣品座10下方，且與所述樣品座10間隔設置，以將穿過樣品的激光反射，優(yōu)選的，所述外腔平面弱反射鏡11與所述內腔平面輸出鏡7之間的距離為所述內腔平面輸出鏡7與所述內腔凹面反射鏡4之間距離的整數(shù)倍，從而減弱使用半導體激光器等時存在的散斑效應。外腔壓電陶瓷12，與所述外腔平面弱反射鏡11固定，且在外腔平面弱反射鏡11下端；通過控制加載在所述外腔壓電陶瓷12上的電壓，所述外腔壓電陶瓷12可以推動所述外腔平面弱反射鏡11沿激光軸線方向往復運動，使得產生連續(xù)的可用于檢測位相關系的回饋波形信號。所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)用以接收快慢軸方向上的光強信號，并進行比較計算處理，得到位相延遲；輸出控制信號，對激光器內腔長度和激光弱回饋外腔長度進行調節(jié)。本發(fā)明中，所述“上”、“下”均以圖I所示的結構、方向及位置關系為基礎。所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括渥拉斯頓棱鏡3、第一光電探測器I、第二光電探測器2、模/數(shù)轉換器13、內腔壓電陶瓷驅動模塊15、外腔壓電陶瓷驅動模塊16及計算機14共同構成，其中渥拉斯頓棱鏡3，位于所述內腔凹面反射鏡4的上方，所述渥拉斯頓棱鏡3靠近所述內腔凹面反射鏡4的表面為其入射面，并將從入射面入射的激光沿被測樣品快慢軸方向分成兩個正交偏振的分量，其具體位置可根據(jù)實際需要進行選擇，只要保證激光能夠從入射面入射即可；
第一光電探測器I、第二光電探測器2，位于渥拉斯頓棱鏡3上方，分別探測經渥拉斯頓棱鏡3輸出的光強信號并轉換成電壓信號；
模/數(shù)轉換器13,將第一光電探測器I、第二光電探測器2輸出的電壓信號轉換成數(shù)字信號并輸出給計算機14 ；
內腔壓電陶瓷驅動模塊15，接收計算機14輸出的控制信號，控制內腔壓電陶瓷8的伸縮，從而帶動內腔平面輸出鏡7在激光軸線方向上微量移動，以穩(wěn)定激光輸出模式；
外腔壓電陶瓷驅動模塊16，接收計算機14輸出的控制信號，控制外腔壓電陶瓷12的伸縮，從而帶動外腔平面弱反射鏡11沿激光軸線往復運動。所述計算機14中，其輸入端與所述模/數(shù)轉換器13的輸出端連接，接收數(shù)字信號進行比較計算處理；其輸出端與所述內腔壓電陶瓷驅動模塊15和外腔壓電陶瓷驅動模塊16的輸入端連接，控制壓電陶瓷的運動。可以理解，所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)并不限于以上所舉的元件，可根據(jù)實驗環(huán)境及具體要求進行改變。可以理解，所述各元件的具體距離及位置關系可根據(jù)需要進行選擇，只要保證激光器發(fā)出的激光能夠照射到樣品表面，并且經外腔平面弱反射鏡11反射回激光腔內，渥拉斯頓棱鏡3將激光輸出沿被測樣品快慢軸方向上分開，能夠被第一光電探測器I和第二光電探測器2接收即可。優(yōu)選的，所述內腔凹面反射鏡4、增益管5、增透窗片6、內腔平面輸出鏡7、內腔壓電陶瓷8、擴束準直透鏡組9、樣品座10、外腔平面弱反射鏡11、外腔壓電陶瓷12均沿激光的軸線方向共軸設置。本發(fā)明進一步提供一種位相延遲的檢測方法，包括以下步驟
首先，提供一檢測裝置，所述檢測裝置包括激光器、激光弱回饋外腔以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，所述激光器用以產生激光，且激光的初始偏振態(tài)為線偏振，所述激光弱回饋外腔包括一外腔平面弱反射鏡，反射激光產生激光回饋，所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)用以采集及處理數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括一渥拉斯頓棱鏡，以將入射到渥拉斯頓棱鏡的激光沿其O光和e光光軸方向分為兩束；
其次，將被測樣品設置于激光弱回饋外腔中，使被測樣品的快軸和慢軸方向與所述渥拉斯頓棱鏡的O光和e光兩個光軸方向對應一致；
再次，以激光器發(fā)出的激光照射所述被測樣品，經回饋后，激光器在所述被測樣品的快慢軸方向上分別形成光強信號，并經渥拉斯頓棱鏡輸出，且兩路光強信號之間具有位相差;
最后，以數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)分別接收經渥拉斯頓棱鏡輸出的所述被測樣品快慢軸方向上的光強信號，并進行比較計算處理，得到位相延遲。具體的，本發(fā)明所述的利用激光弱回饋正交光強位相差效應檢測位相延遲的方法，可包括如下步驟
第I步，激光初始輸出狀態(tài)設定為單縱模、線偏振光，激光從渥拉斯頓棱鏡3的入射面入射，將渥拉斯頓棱鏡3入射面垂直于激光軸線方向旋轉，使其兩個光軸方向之一與激光初始偏振方向平行，此時渥拉斯頓棱鏡3后出射光只有一個光點；
第2步，將渥拉斯頓棱鏡3的入射面垂直于激光軸線方向旋轉，在渥拉斯頓棱鏡3后出射光有兩個光點，優(yōu)選的，將渥拉斯頓棱鏡3的入射面垂直于激光軸線旋轉45°，此時激光初始偏振方向與渥拉斯頓棱鏡3的兩個光軸方向均成45 °夾角，渥拉斯頓棱鏡3后出射光有兩個光點，此兩光點對應的光場振動方向為正交關系，故稱正交光強；
第3步，將第一光電探測器I、第二光電探測器2分別對正前述兩個光點；
第4步，將被測樣品放入所述弱回饋外腔的樣品座10上，垂直于激光軸線方向旋轉樣品座10，使被測樣品的快(或慢)軸方向與激光初始偏振方向平行，此時第一光電探測器I和第二光電探測器2接收到的光強信號同位相；
第5步，轉動承載有被測樣品的樣品座10，使被測樣品的快慢軸方向與渥拉斯頓棱鏡3的O光和e光兩個光軸方向對應一致，且與激光初始偏振方向形成一夾角；
可以理解，所述快慢軸方向與所述O光及e光兩個光軸的對應方式不限，可以為快軸對應O光軸，慢軸對應e光軸的對應方式，也可以為慢軸對應O光軸，快軸對應e光軸的對應方式。所述渥拉斯頓棱鏡3與激光初始偏振方向形成的夾角即可，其角度大小不限。同時，所述渥拉斯頓棱鏡3的入射面垂直于激光軸線方向旋轉的角度不限，只要出射光形成兩個光點即可。本實施例中，優(yōu)選的，將被測樣品轉動45°，此時被測樣品的快慢軸方向與激光初始偏振方向均成45°夾角，激光輸出在被測樣品快慢軸方向上的兩個分量被第一光電探測器I和第二光電探測器2分別接收，兩光強信號之間出現(xiàn)位相差A (^，此位相差A小與 被測樣品的位相延遲S之間存在如下關系
A^p- 2S+ ^； (*)
式中e。可以看作是檢測補償量，并可以通過檢測標準波片來獲得。從公式(*)可以看出，兩路正交光強信號之間的位相差是被測樣品位相延遲的2倍，因此分辨率得到提高。第6步，由模/數(shù)轉換器13和計算機14采集光強信號并進行比較計算，得到兩光強信號的位相差A Cj5，進而計算得到被測樣品的位相延遲8
5二 Ay" (**)。
在上述步驟過程中，計算機14通過外腔壓電陶瓷驅動模塊16向外腔壓電陶瓷12輸出控制電壓，從而帶動外腔平面弱反射鏡11沿著激光軸線方向往復運動，并通過內腔壓電陶瓷驅動模塊15控制內腔壓電陶瓷8，穩(wěn)定激光輸出狀態(tài)。優(yōu)選的，所述反射鏡4、增益管5、增透窗片6、內腔平面輸出鏡7、內腔壓電陶瓷8、擴束準直透鏡組、樣品座、外腔平面弱反射鏡、外腔壓電陶瓷共軸設置，從而可提高檢測結果的精確度。如圖2所示為完成上述第5步后，被測樣品的快慢軸方向與渥拉斯頓棱鏡的光軸方向(0軸和e軸)，以及激光初始偏振方向Ei的位置關系不意圖,第一光電探測器和第二光電探測器分別接收激光輸出在被測樣品快慢軸方向上的分量Es和Ef。如圖3所示為激光弱回饋正交光強位相差效應的原理圖，從圖中可以看到兩路光強信號之間存在位相差△ ￠,此位相差由被測樣品的位相延遲決定；
如圖4所示為激光弱回饋正交光強位相差效應的實驗圖，從圖中可以看到兩路光強信號之間存在著明顯的位相差，此位相差隨波片位相延遲的不同而改變，且隨外腔壓電陶瓷運動方向的不同，兩路光強信號之間的位相關系發(fā)生互換。本發(fā)明所述激光弱回饋,屬于激光回饋現(xiàn)象的一種。激光回饋(laser feedback)又稱為激光自混合干涉(self-mixing interference)或背向散射調制(back-scatteringmodulation),是指激光器的輸出光束被外部反射鏡(或物體)反射(或散射)回激光腔內，與腔內光場作用，從而引起激光器輸出光場發(fā)生改變的現(xiàn)象。具體的，作為該檢測裝置的一個具體實施例，激光器采用半外腔氦氖激光器，其內腔凹面反射鏡和內腔平面輸出鏡的反射率R1和R2分別是99. 6%和99%，它們之間的距離，即激光內腔長為L=ISOmm;增益管內充有氦氖混合氣體，充氣比例為He3:Ne20:Ne22=Q:0. 5:0. 5 ;增透窗片固定在增益管的一端；內腔壓電陶瓷固定在上述內腔平面輸出鏡上，在輸入電壓作用下，它可以推動內腔平面輸出鏡沿激光軸線方向運動，使激光器穩(wěn)定輸出狀態(tài)；外腔平面弱反射鏡的反射率R3為4% ;外腔壓電陶瓷固定在所述外腔平面弱反射鏡上，在驅動電壓作用下可以推動所述外腔平面弱反射鏡沿著激光器軸線方向往復運動；被測波片材料為石英，直徑11_，波片放置在樣品座上，樣品座可以垂直于激光軸線方向旋轉，從而帶動波片旋轉，樣品座中心有通光孔，檢測時激光從孔中穿過。另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內。
權利要求
1.一種位相延遲的檢測方法，包括以下步驟 提供一檢測裝置，所述檢測裝置包括激光器、激光弱回饋外腔以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，所述激光器產生的激光初始偏振態(tài)為線偏振，所述激光弱回饋外腔包括一外腔平面弱反射鏡，所述外腔平面弱反射鏡設置于所述激光器的下方，所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括一渥拉斯頓棱鏡設置于所述激光器的上方； 將被測樣品設置于激光弱回饋外腔中，使被測樣品的快軸和慢軸方向與所述渥拉斯頓棱鏡的O光和e光兩個光軸方向對應一致，且與激光初始偏振方向形成一夾角； 以激光器發(fā)出的激光照射所述被測樣品，經外腔平面弱反射鏡回饋后，激光器在所述被測樣品的快慢軸方向上分別形成光強信號，并經渥拉斯頓棱鏡輸出，在兩路光強信號之間形成位相差； 以數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)分別接收經渥拉斯頓棱鏡輸出的所述被測樣品在快慢軸方向 上的光強信號，并進行比較計算處理，得到位相延遲。
2.根據(jù)權利要求I所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，所述激光器包括內腔凹面反射鏡、增益管、增透窗片、內腔平面輸出鏡及內腔壓電陶瓷共同構成，其中 內腔凹面反射鏡固定在所述增益管的上端； 增益管上端與內腔凹面反射鏡固定，下端與增透窗片固定； 增透窗片固定在所述增益管的下端； 內腔平面輸出鏡位于所述增透窗片的下方，且與所述增透窗片間隔設置； 內腔壓電陶瓷與所述內腔平面輸出鏡固定，且在內腔平面輸出鏡下端。
3.根據(jù)權利要求2所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，所述激光弱回饋外腔包括內腔平面輸出鏡、擴束準直透鏡組、樣品座、外腔平面弱反射鏡、外腔壓電陶瓷共同構成，其中 擴束準直透鏡組，位于內腔壓電陶瓷下方，且與所述內腔壓電陶瓷間隔設置； 樣品座，位于擴束準直透鏡組下方，且與所述擴束準直透鏡組間隔設置； 外腔平面弱反射鏡位于樣品座下方，且與所述擴束準直透鏡組間隔設置； 外腔壓電陶瓷與所述外腔平面弱反射鏡固定，且在外腔平面弱反射鏡下端。
4.根據(jù)權利要求3所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括渥拉斯頓棱鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、模/數(shù)轉換器、內腔壓電陶瓷驅動模塊、外腔壓電陶瓷驅動模塊及計算機共同構成，其中 渥拉斯頓棱鏡將激光器的輸出光沿被測樣品快慢軸方向分成兩個正交偏振的分量； 第一光電探測器、第二光電探測器，位于渥拉斯頓棱鏡上方，分別探測正交方向上的光強信號并轉換成電壓信號； 模/數(shù)轉換器，將光電探測器輸出的電壓信號轉換成數(shù)字信號并輸出給計算機； 內腔壓電陶瓷驅動模塊，接收計算機輸出的控制信號，控制內腔壓電陶瓷的伸縮，從而帶動內腔平面輸出鏡在激光軸線方向上微量移動； 外腔壓電陶瓷驅動模塊，接收計算機輸出的控制信號，控制外腔壓電陶瓷的伸縮，從而帶動外腔平面弱反射鏡沿激光軸線往復運動； 計算機，其輸入端與所述模/數(shù)轉換器的輸出端連接，接收數(shù)字信號進行比較計算處理；其輸出端與所述內腔壓電陶瓷驅動模塊和外腔壓電陶瓷驅動模塊的輸入端連接，控制內腔壓電陶瓷及外腔壓電陶瓷的運動。
5.根據(jù)權利要求4所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，進一步包括如下步驟 第I步，將渥拉斯頓棱鏡入射面垂直于激光軸線旋轉，使渥拉斯頓棱鏡的0光和e光兩個光軸方向之一與激光初始偏振方向平行，此時渥拉斯頓棱鏡后出射光只有一個光點； 第2步，將渥拉斯頓棱鏡入射面垂直于激光軸線旋轉45°，使激光初始偏振方向與渥拉斯頓棱鏡的兩個光軸方向均成45°夾角，此時渥拉斯頓棱鏡后出射光有兩個光點,該兩個光點對應的光場振動方向為正交關系，形成正交光強； 第3步，將第一光電探測器、第二光電探測器分別對正所述兩個光點； 第4步，將被測樣品設置于所述激光弱回饋外腔的樣品座，并將樣品座垂直于其入射面法線方向旋轉，使被測樣品的快(或慢)軸方向與激光初始偏振方向平行，此時第一光電探測器和第二光電探測器接收到的光強信號同位相； 第5步，將被測樣品的激光入射面垂直于入射面法線方向方向轉動45°，使被測樣品的快慢軸方向與激光初始偏振方向均成45°夾角，且被測樣品的快慢軸方向與渥拉斯頓棱鏡的兩個光軸方向一致，在被測樣品快慢軸方向上激光輸出的兩個分量被第一光電探測器和第二光電探測器分別接收，所述兩個分量的強信號之間出現(xiàn)位相差△ ￠,該位相差A Cj5與被測樣品的位相延遲S之間存在如下關系A(p= 2S+ 式中e?？梢钥醋魇菣z測補償量，并可以通過檢測標準波片來獲得； 第6步，由模/數(shù)轉換器和計算機采集光強信號并進行比較計算，得到兩光強信號的位相差A Cj5，進而計算得到被測樣品的位相延遲5 2
6.根據(jù)權利要求5所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，在上述步驟過程中，計算機通過外腔壓電陶瓷驅動模塊向外腔壓電陶瓷輸出控制電壓，從而帶動外腔平面弱反射鏡沿著激光軸線方向往復運動，并通過內腔壓電陶瓷驅動模塊控制內腔壓電陶瓷，穩(wěn)定激光輸出狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求2所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，所述內腔平面輸出鏡與外腔平面弱反射鏡之間的距離為所述內腔平面輸出鏡與所述內腔凹面反射鏡之間距離的整數(shù)倍。
8.根據(jù)權利要求2所述的位相延遲的檢測方法，其特征在于，所述內腔凹面反射鏡、增益管、增透窗片、內腔平面輸出鏡、內腔壓電陶瓷、擴束準直透鏡組、樣品座、外腔平面弱反射鏡、外腔壓電陶瓷共軸設置。
9.一種位相延遲的檢測裝置，包括 一激光器，所述激光器包括內腔凹面反射鏡、增益管、增透窗片、內腔平面輸出鏡共同構成，其中內腔凹面反射鏡固定在所述增益管的上端，增益管上端與內腔凹面反射鏡固定，下端與增透窗片固定，增透窗片固定在所述增益管的下端，內腔平面輸出鏡位于所述增透窗片的下方且與所述增透窗片間隔設置； 一激光弱回饋外腔，所述激光弱回饋外腔包括內腔平面輸出鏡、擴束準直透鏡組、樣品座、外腔平面弱反射鏡由上至下依次間隔設置； 一數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括渥拉斯頓棱鏡、第一光電探測器、第二光電探測器、模/數(shù)轉換器及計算機共同構成，其中 渥拉斯頓棱鏡將激光器的輸出光沿被測樣品快慢軸方向分成兩個正交偏振的分量； 第一光電探測器、第二光電探測器，位于渥拉斯頓棱鏡上方，分別探測正交方向上的光強信號并轉換成電壓信號； 模/數(shù)轉換器，將光電探測器輸出的電壓信號轉換成數(shù)字信號并輸出給計算機； 計算機，其輸入端與所述模/數(shù)轉換器的輸出端連接，接收數(shù)字信號進行比較計算處理。
10.如權利要求9所述的位相延遲的檢測裝置，其特征在于，進一步包括 一內腔壓電陶瓷驅動模塊，接收計算機輸出的控制信號，控制內腔壓電陶瓷的伸縮，從而帶動內腔平面輸出鏡在激光軸線方向上進行微米級的移動； 一外腔壓電陶瓷驅動模塊，接收計算機輸出的控制信號，控制外腔壓電陶瓷的伸縮，從而帶動外腔平面弱反射鏡沿激光軸線往復運動。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光檢測技術領域，是關于一種利用激光弱回饋正交光強位相差效應來檢測光學元件位相延遲的方法。本發(fā)明利用各向異性外腔激光弱回饋情況下，激光器在正交方向上輸出的兩路光強信號之間存在的位相差效應，來檢測元件的位相延遲。本發(fā)明對于被測樣品沒有特殊要求，且檢測原理上對被測樣品的位相延遲具有放大作用，因而靈敏度較高。
文檔編號G01M11/02GK102735430SQ20121020483
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權日2012年6月20日
發(fā)明者張書練, 張鵬, 談宜東 申請人:清華大學