基准复合法测量波片的相位延迟

朱久凯，吴福全，李志焕，付世荣，张蓓蓓，杨海磊

（1.山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东曲阜273165；2.曲阜师范大学激光研究所，山东曲阜273165）

基准复合法测量波片的相位延迟

朱久凯1，2，吴福全1，2，李志焕1，2，付世荣1，2，张蓓蓓1，2，杨海磊1，2

（1.山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东曲阜273165；2.曲阜师范大学激光研究所，山东曲阜273165）

利用复合波片的基本原理，设计了测量波片相位延迟的方法——基准复合法.该方法所需器件仅为1对偏光棱镜和1个λ／4波片，就可对具有任意延迟的波片进行测量.

复合波片；基准复合法；偏振光；相位延迟量

1 引 言

目前，波片相位延迟的测量方法已有许多种，如光学外差法［1］、斯托克斯参量法［2］、椭偏法［3－4］、光电调制补偿法［5－6］以及若干偏振光的干涉法［7］等.前4种方法测量的精度比较高，但所使用的仪器设备比较昂贵且方法复杂，后一种方法测量精度太低且还需要光电接受系统.本文利用复合波片的基本原理，给出了不仅操作简单而且测量精度高的方法——基准复合法，所需器件仅为1对偏光棱镜和1个标准的λ／4波片.

2 复合波片的基本理论

复合波片的设计原理应基于单元波片的串联组合，是在“邦加球”理论基础上而推导出的详细而系统的理论［8］.如图1所示的二元波片复合情况，一束角频率为ω、振幅为A的单色光通过起偏器后变成线偏振光，然后通过延迟分别为δ1和δ2的2个波片.

为求出出射光的偏振态［9］，建立如图2所示坐标系，设入射线偏振光的振动方向OP与y轴夹角为α，两波片的快轴y和y′成θ角.

图1 复合波片光路

图2 复合波片上的坐标系

经过一系列的推导最终可以得到两波片的相位差为［8］

对（1）式进行分析，可得出如下结论：

此时出射光为正椭圆偏振光；若Ax′＝Ay′，则出射光为圆偏振光.

2）当Δδ＝kπ，k＝0，±1，±2…时，α和θ满足

出射光为线偏振光；若线偏振光电矢量相对于y′轴成β角，则有

3 基准复合法的原理

任给一延迟δ1＝δ的波片，取δ2＝90°，且令α＝θ＝45°，代入（1）式，得

（5）式说明，不论δ多大，当两波片的复合角为45°，且入射线偏振光振动方向平行于λ／4波片的快轴时，出射光总是线偏振光.

又由（4）式可求出出射光转过的角度β满足

即

由（6）式可知线偏振光的振动方向转过了δ／2的角度.因此，只要测出出射光的振动方向转过的角度β，即可得到所测波片的相位延迟量δ＝2β.

4 实验装置及测量结果

取云母片为待测样品，并确定出其快慢轴.按图3设置测量光路，通过调整，让起偏器P的主截面平行于λ／4波片的快轴，让样品的快轴与波片的快轴夹角为45°.

转动检偏器A，直到消光为止，记下P和A的主截面的夹角φ，则偏振光的振动面转过的角度为90°－φ，被测样品的相位延迟量为

图3 基准复合法光路

表1为样品测量的结果，其中δ′是用光电调制补偿法测得的结果.测量精度由刻度盘的最小读数决定，本文采用分度值为1°的刻度盘支架，结果较粗略，如果采用分度值为0.1°的带游标的旋转支架，可以精确到0.1°.这种测量方法在一般实验室中都能做到，能够对具有任意相位延迟的波片进行测量，根据不同的要求可以达到不同的测量精度.

表1 测量结果

5 结束语

本文根据复合波片的基本原理，设计出了操作简单且测量精度高的基准复合法用来测量波片的相位延迟.这种测量方法所需器件简单，仅为1对偏光棱镜和1个λ／4，在一般实验室中都能做得到，能够对具有任意相位延迟的波片进行测量，根据不同的要求选用不同的刻度盘支架可以达到不同的测量精度.基准复合法相对其他方法简单高效，值得在实验室推广应用.

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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

［责任编辑：郭 伟］

2012－05－25；修改日期：2012－09－04

朱久凯（1987－），男，山东定陶人，曲阜师范大学激光研究所硕士研究生，主要研究方向为偏振光学和薄膜光学.

指导教师：吴福全（1952－），男，山东郓城人，曲阜师范大学激光研究所教授，博士生导师，研究方向为偏光物理学与偏光技术.