基準復合法測量波片的相位延遲

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重點實驗室，山東曲阜273165；2.曲阜師范大學激光研究所，山東曲阜273165）

基準復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重點實驗室，山東曲阜273165；2.曲阜師范大學激光研究所，山東曲阜273165）

利用復合波片的基本原理，設計了測量波片相位延遲的方法——基準復合法.該方法所需器件僅為1對偏光棱鏡和1個λ／4波片，就可對具有任意延遲的波片進行測量.

復合波片；基準復合法；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，如光學外差法［1］、斯托克斯參量法［2］、橢偏法［3－4］、光電調制補償法［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，但所使用的儀器設備比較昂貴且方法復雜，后一種方法測量精度太低且還需要光電接受系統.本文利用復合波片的基本原理，給出了不僅操作簡單而且測量精度高的方法——基準復合法，所需器件僅為1對偏光棱鏡和1個標準的λ／4波片.

2 復合波片的基本理論

復合波片的設計原理應基于單元波片的串聯組合，是在“邦加球”理論基礎上而推導出的詳細而系統的理論［8］.如圖1所示的二元波片復合情況，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個波片.

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

圖1 復合波片光路

圖2 復合波片上的坐標系

經過一系列的推導最終可以得到兩波片的相位差為［8］

對（1）式進行分析，可得出如下結論：

此時出射光為正橢圓偏振光；若Ax′＝Ay′，則出射光為圓偏振光.

2）當Δδ＝kπ，k＝0，±1，±2…時，α和θ滿足

出射光為線偏振光；若線偏振光電矢量相對于y′軸成β角，則有

3 基準復合法的原理

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，當兩波片的復合角為45°，且入射線偏振光振動方向平行于λ／4波片的快軸時，出射光總是線偏振光.

又由（4）式可求出出射光轉過的角度β滿足

即

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

4 實驗裝置及測量結果

取云母片為待測樣品，并確定出其快慢軸.按圖3設置測量光路，通過調整，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°.

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

圖3 基準復合法光路

表1為樣品測量的結果，其中δ′是用光電調制補償法測得的結果.測量精度由刻度盤的最小讀數決定，本文采用分度值為1°的刻度盤支架，結果較粗略，如果采用分度值為0.1°的帶游標的旋轉支架，可以精確到0.1°.這種測量方法在一般實驗室中都能做到，能夠對具有任意相位延遲的波片進行測量，根據不同的要求可以達到不同的測量精度.

表1 測量結果

5 結束語

本文根據復合波片的基本原理，設計出了操作簡單且測量精度高的基準復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對偏光棱鏡和1個λ／4，在一般實驗室中都能做得到，能夠對具有任意相位延遲的波片進行測量，根據不同的要求選用不同的刻度盤支架可以達到不同的測量精度.基準復合法相對其他方法簡單高效，值得在實驗室推廣應用.

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Measuring phase delay of wave plate by benchmark composite method

ZHU Jiu－kai1，2，WU Fu－quan1，2，LI Zhi－huan1，2，FU 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，曲阜師范大學激光研究所碩士研究生，主要研究方向為偏振光學和薄膜光學.

指導教師：吳福全（1952－），男，山東鄆城人，曲阜師范大學激光研究所教授，博士生導師，研究方向為偏光物理學與偏光技術.