CN107255517B - 偏振片装配角高精度标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振片装配角高精度标定装置，包括有激光器、立方体分束棱镜、格兰泰勒棱镜、待检测偏振片、精密电控转台、光电探测器、准直板一、准直板二。本发明基于马吕斯检偏原理，通过立方体分束棱镜与格兰泰勒棱镜的搭配使用产生平行于重力方向的基准偏振方向，使用激光器准直各个光学元件，同时作为检偏光源，由高精度转台驱动待检测偏振片做360旋转，当光电探测器测得最大或最小信号时，即可获得待检测偏振片的偏振方向与重力方向的关系。
Description
技术领域
本发明属于偏振光检测领域，具体是一种偏振片装配角高精度标定装置。
背景技术
在磁约束聚变研究中，电流密度分布与许多重要的物理参数相关。高速中性粒子在强磁场中产生的斯塔克***光谱，其偏振方向与电流密度分布息息相关。光弹调制法是高精度测量偏振光偏振方向的有效手段，在各大托卡马克装置上获得了广泛的应用。尽管如此，光弹调制法仅能给出偏振角变化的相对量，在托卡马克实验中，要获得确切的电流密度分布，还需精确确定偏振方向与重力方向的夹角。光弹调制诊断***多采用原位标定的方式建立测量信号与标定偏振光源之间的关系。原位标定偏振光源大多由大面积的薄膜偏振片产生，由高精度电控转台驱动，可以精确的控制偏振方向的相对变化量。若能测的装配后的偏振片偏振方向与重力之间的关系，即可满足光弹调制诊断***的标定需求。
格兰泰勒棱镜是当代偏光技术最普遍采用的偏光器件。由双折射天然晶体冰洲石做成，外形为立方体，实际是把一块定好光轴的冰洲石晶体磨成立方体，使光轴垂直于立方体的两平行面，再按一定的切角将立方体切割成两部分(两块全等直角棱镜)，磨制抛光后再胶合起来。如图1所示，晶体的光轴沿AB方向，自然光垂直于AB面进入格兰泰勒棱镜后，出射光的偏振方向与光轴的方向平行。由于采用X射线衍射等方法确定的晶体光轴精度极高，因而出射光的偏振方向与格兰泰勒棱镜的几何外形直接相关，是良好的偏振光基准器件。
马吕斯定律指出，强度为I0的线偏振光，透过检偏片后，当线偏振光的偏振方向与检偏片的偏振方向相同时，光强取得最大。本发明基于此检偏原理，将格兰泰勒棱镜放置与水平支座上，作为平行于重力方向的偏振方向基准。同时利用立方体分束棱镜设计了一套自准直的光路，保障了分析测量结果的合理性，准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏振片装配角高精度标定装置。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：包括有激光器、立方体分束棱镜、格兰泰勒棱镜、精密电控偏振片转台、光电探测器、准直板一、准直板二；立方体分束棱镜位于激光器的出射光路上，准直板一位于立方体分束棱镜的透射光路上，格兰泰勒棱镜位于立方体分束棱镜的反射光路上，准直板二位于立方体分束棱镜的反射光路的另一侧，格兰泰勒棱镜的后方光路上依次设有精密电控偏振片转台、光电探测器；所述立方体分束棱镜与格兰泰勒棱镜分别安置于精确调平的水平基座上，待检测偏振片安装在精密电控转台上；由激光器产生指示方向的光束透过立方体分束棱镜分束后，在准直板一上形成第一个光斑，由立方体分束棱镜多次反射后在准直板一上形成多个光斑，调节激光器俯仰和水平角度，使得多个光斑重合，确保激光束线处于水平方向，激光束线经过立方体分束棱镜偏转后依次通过格兰泰勒棱镜、待检测偏振片与光电探测器；激光束线在格兰泰勒棱镜表面反射后在准直板二上形成第一个光斑，在待检测偏振片表面反射后在准直板二上形成第二个光斑，依次调整立方体分束棱镜与待检测偏振片，保证格兰泰勒棱镜和待检测偏振片表面相互平行，调整光电探测器，使得激光束线能够完全被光电探测器接收；转动精密电控转台，记录精密电控转台的旋转角与光电探测器输出的强度关系，依据马吕斯定律，当输出光强最大时，待检测偏振片的偏振方向与格兰泰勒棱镜的偏振方向相同，而格兰泰勒棱镜的偏振方向与其几何外形相关，从而可以将待检测偏振片的电控旋转台角度刻度与偏振空间方位角对应起来。
所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述激光器为输出光强稳定、波长单一、输出光斑直径细小且随传播距离变化微小的高质量激光器。
所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述立方体分束棱镜为几何形状面面相互垂直、束线偏转方向为90度、分光比为50：50的立方体分束棱镜。
所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述待检测偏振片为可产生偏振光的金属线栅偏振片或薄膜偏振片等偏振方向不易通过几何外形获得的偏振元件。
所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述光电探测器为APD或光电倍增管等可将光强转化为电压或电流的探测器，且在激光光强范围内，增益线性的探测器。
所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于，所述精密电控转台为高精度、带有零位指示的电控转台。
本发明的原理是：
由激光器发出的激光束经立方体分束棱镜分束后，一路用于激光器自身的准直，另一路用于准直格兰泰勒棱镜与待检测偏振片，同时该路激光器作为检偏光源。由于格兰泰勒棱镜的偏振方向与其几何外形直接相关，将其固定在水平支座上，可作为标准重力偏振方向的参考。由电控精密转台驱动待检测偏振片，由马吕斯定律可知，当待检测偏振片的偏振方向与格兰泰勒棱镜的偏振方向一致时，通过的光强最大。由于精密电控转台有着极高的分度刻画与零位校准，取其通过光强最大值时的刻度值，从而可以将电控旋转台的角度刻度与实际的偏振方位角对应起来。
本发明具有以下优点：
1、本发明采用格兰泰勒棱镜的偏振方向与其几何外形相关的特性，安置于严格水平的基座上，作为重力方向的偏振参考光源。
2、本发明采用了分束棱镜多次反射的特点，安置于严格水平的基座上，透射光束可准直激光光源，确保准直光源处于水平面内。另一路折转光路可准直待检测偏振片与格兰泰勒棱镜，确保两个偏振面相互平行。
3、本发明采用稳定的激光光源同时作为准直光束和测量光束，保证准直过程和测量偏振方向同步完成，提高了测量精度。
4、本发明采用高精密电控转台控制待检测偏振片的旋转，带有内部编码的精密电控转台能够使得测量精度控制在0.1°以下。
5、本发明采用对偏振光不敏感的光电探测器，确保光电转化后的信号与透过的偏振光偏振特性无关。
附图说明
图1为格兰泰勒棱镜的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见图1所示，偏振片装配角高精度标定装置，包括有激光器1、立方体分束棱镜2、格兰泰勒棱镜3、待检测偏振片4、精密电控转台5、光电探测器6、准直板7、准直板8。首先，准备两个水平支座，利用精密水平仪校准至严格水平状态，将各元件按照图示位置放置好，将立方体分束棱镜2与格兰泰勒棱镜3 固定在水平支座上。打开激光器后，激光透过立方体分束棱镜2，经多次反射在准直板7上形成多个光斑，调整激光器1的俯仰和水平，使得多个光斑重合。另一路激光依次通过格兰泰勒棱镜3、待检测偏振片4、精密电控转台5直至光电探测器6。激光在立方体分束棱镜2的表面、格兰泰勒棱镜3 的前后表面、待检测偏振片4的前后表面 均发生反射，反向传播至准直板8。依次调整立方体分束棱镜2与待检测偏振片4的方位角，如有必要，再次调整激光器1的准直性。反复重复上述过程，直至准直板7与准直板8上的光斑重合。最终保证待检测偏振片4的表面与格兰泰勒棱镜3的表面相互垂直。由于格兰泰勒棱镜3的偏振方向与其几何外形相关，放置于水平支座上的格兰泰勒棱镜3的偏振方向即处于重力方向。由精密电控转台5驱动待检测偏振片4旋转，根据马吕斯定律，当输出光强取得最大值时，表明待检测偏振片4的方向与格兰泰勒棱镜3的偏振方向一致，即可获得待检测偏振片4的偏振方向相对于重力方向的刻度值，从而可以将精密电控转台5的角度刻度与偏振空间方位角对应起来。
Claims (6)
1.偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：包括有激光器、立方体分束棱镜、格兰泰勒棱镜、精密电控偏振片转台、光电探测器、准直板一、准直板二；立方体分束棱镜位于激光器的出射光路上，准直板一位于立方体分束棱镜的透射光路上，格兰泰勒棱镜位于立方体分束棱镜的反射光路上，准直板二位于立方体分束棱镜的反射光路的另一侧，格兰泰勒棱镜的后方光路上依次设有精密电控偏振片转台、光电探测器；所述立方体分束棱镜与格兰泰勒棱镜分别安置于精确调平的水平基座上，待检测偏振片安装在精密电控偏振片转台上；由激光器产生指示方向的光束透过立方体分束棱镜分束后，在准直板一上形成第一个光斑，由立方体分束棱镜多次反射后在准直板一上形成多个光斑，调节激光器俯仰和水平角度，使得多个光斑重合，确保激光束线处于水平方向，激光束线经过立方体分束棱镜偏转后依次通过格兰泰勒棱镜、待检测偏振片与光电探测器；激光束线在格兰泰勒棱镜表面反射后在准直板二上形成第一个光斑，在待检测偏振片表面反射后在准直板二上形成第二个光斑，依次调整立方体分束棱镜与待检测偏振片，保证格兰泰勒棱镜和待检测偏振片表面相互平行，调整光电探测器，使得激光束线能够完全被光电探测器接收；转动精密电控偏振片转台，记录精密电控偏振片转台的旋转角与光电探测器输出的强度关系，依据马吕斯定律，当输出光强最大时，待检测偏振片的偏振方向与格兰泰勒棱镜的偏振方向相同，而格兰泰勒棱镜的偏振方向与其几何外形相关，从而可以将待检测偏振片的电控旋转台角度刻度与偏振空间方位角对应起来。
2.根据权利要求1所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述激光器为输出光强稳定、波长单一、输出光斑直径细小且随传播距离变化微小的高质量激光器。
3.根据权利要求1所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述立方体分束棱镜为几何形状面面相互垂直、束线偏转方向为90度、分光比为50：50的立方体分束棱镜。
4.根据权利 要求1所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述待检测偏振片为可产生偏振光的金属线栅偏振片或薄膜偏振片。
5.根据权利要求1所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于：所述光电探测器为APD或光电倍增管。
6.根据权利要求1所述的偏振片装配角高精度标定装置，其特征在于，所述精密电控偏振片转台为高精度、带有零位指示的电控转台。
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