專利名稱：測量pbs偏振膜面偏向角度的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及光學技術領域，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：
PBS是偏振分光棱鏡的簡稱，PBS由兩個直角三角棱鏡組合構成，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，在激光器量化生產中，相應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光偏轉出激光器設計孔位的問題， 如果傳播距離較長，必然會產生光偏出鏡架所能調節范圍的情況，由此將對工業化生產產生很大的不便，因此，準確測量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為是晶體內部膠合面的偏向角。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確。當偏向角相差很大時，會造成偏振光偏振態不純的現象，大大影響激光器的出光質量，同時，還會引起指向的偏差，大大降低工業化激光器生產中的生產效率。
發明內容
本發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，進一步提高工業化生成效率。為了達到上述目的，本發明提出一種測量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；第一二維俯仰調節架，設置在工裝支架上，用于對反射鏡進行角度調整；第二二維俯仰調節架，設置在工裝支架上，用于對PBS進行角度調整；
成像機構，與PBS對應設置； 顯像機構，與所述成像機構對應設置；當入射光射向所述成像機構時，入射光通過在成像機構、PBS及反射鏡的不同的光傳播線路在顯像機構上顯示出若干亮點，調整所述反射鏡對應的第一二維俯仰調節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。優選地，所述成像機構包括第一分束鏡、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上形成最亮點。優選地，所述顯像機構包括CXD相機。優選地，所述反射鏡采用銀鏡，所述第一二維俯仰調節架位于所述銀鏡下方。優選地，所述PBS托架上位于所述PBS正下方設有通光孔。優選地，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。優選地，所述CXD相機前放置有衰減片。本發明還提出一種測量PBS偏振膜面偏向角度的方法，包括以下步驟通過調節第一二維俯仰調節架、第二二維俯仰調節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，同時調整所述反射鏡對應的第一二維俯仰調節架的二維角度，使所述最亮和次亮的兩個亮點重合；所述第一二維俯仰調節架在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。優選地，所述入射光照射于成像機構的第一分束鏡時，入射光的一部分依序經過第一分束鏡、第二分束鏡以及凸透鏡并在C⑶相機上成像一個亮點，這時調節凸透鏡與CXD 相機的距離，使該亮點成像最小。本發明提出的一種測量PBS偏振膜面偏向角度的裝置及方法，入射光通過成像機構、PBS和反射鏡在CCD相機上成像的最亮的兩個亮點進行比較與并進行位置調整，將所有的加工誤差考慮進去，從整體上方便快捷、準確的測量得到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；而且本發明能夠檢測出已經成品的PBS鍍膜面相對于其入射面的偏向角度，能夠在激光器生產中提出其量化指標，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，為工業化生產中每個PBS的安裝提供相應的參考信息，有利于PBS 生產過程的管理和控制。另外，本發明裝置也可以測量那些不易拆卸的內部具有反射面的透明物體的相對角度。
圖1是本發明測量PBS偏振膜面偏向角度裝置的示意圖；圖2是本發明測量PBS偏振膜面偏向角度方法的流程示意圖。為了使本發明的技術方案更加清楚、明了，下面將結合附圖作進一步詳述。
具體實施例方式本發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行位置調整，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、設置在工裝支架6底部且位于PBS 4正下方的反射鏡8、設置在工裝支架6上并分別對反射鏡8和PBS 4進行角度調整的第一二維俯仰調節架7和第二二維俯仰調節架10、與PBS 4處于同一光路的成像機構，以及對應成像機構設置的顯像機構。當入射光線射向成像機構時，入射光通過成像機構、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中成像；另一部分入射光線透過成像機構射向PBS 4，經PBS 4偏振膜面反射至反射鏡8，經反射鏡8再次反射，入射至成像機構，經成像機構在顯像機構上顯示出若干亮點，調整反射鏡8對應的第一二維俯仰調節架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節架7在X，Y方向上的相對偏移角度。在本實施例中，成像機構包括第一分束鏡1、與第一分束鏡1同光路設置的第二分束鏡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 并在顯像機構上形成最亮點。本實施例中，顯像機構包括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，一部分入射光經過第二分束鏡9反射至凸透鏡3，在顯像機構上形成最亮點；另一部分入射光經過第二分束鏡9透射至PBS 4的偏振膜面上，經PBS 4的偏振膜面的光垂直反射進入反射鏡8，根據光路的可逆性，進入反射鏡8的光線經過反射鏡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，由于采用的是連續激光，所以CCD數據的采集可以內觸發連續采集。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下方設置用于調節亮點位置的第一二維俯仰調節架7。第一二維俯仰調節架7帶有刻度，其在X，Y兩個方向的讀數精度可以為 0.02°，誤差調節范圍可以為士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正下方設有通光孔11。該通光孔11的大小可以根據PBS 4的大小來改變，比如可以設計為7. 5mmX 7. 5mm。理論上，工裝支架6與PBS托架5之間的距離越遠測量結果越精確，在實際設計時，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，結合水平儀調節PBS 4水平位置精度的第二二維俯仰調節架10設置在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為例對本發明技術方案進行詳細說明。在測量時，為了更真實的模擬實際應用情景，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，調節激光器出射的1053nm光使其嚴格的平行于光學平臺(未圖示)。 其中出射光線的中心高可以根據不同的PBS 4來進行調節，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行測量。然后，將水平儀(未圖示)放置在PBS托架5上，調節其俯仰調節架(即本實施例中所指第二二維俯仰調節架10，使其保持嚴格的水平，同時也平行于光學平臺(通常光學平臺均已水平校準過)。然后將水平儀放置到銀鏡8上，通過第一二維俯仰調節架7將銀鏡 8調節水平。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，適當的調節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，通過調節第一二維俯仰調節架7的二維角度，使兩個亮點重合。這時第一二維俯仰調節架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，得到的結果將所有的加工誤差考慮進去，即為PBS 4偏振膜面實際偏向角度的結果。通過本發明本技術方案能夠檢測出已經成品PBS 4鍍膜面相對于其入射面的偏向角度，能夠在激光器生產中提出其量化指標，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生產過程的管理和控制。同時，本發明裝置也可以測量那些不易拆卸的、內部具有反射面的透明物體的相對角度。如圖2所示，本發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，通過調節第一二維俯仰調節架、第二二維俯仰調節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過調節測試，保證其水平入射到系統當中。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，同時調整反射鏡對應的第一二維俯仰調節架的二維角度，使最亮和次亮的兩個亮點重合；第一二維俯仰調節架在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行比較與位置調整，將所有的加工誤差考慮進去，從整體上方便快捷、準確的測量得到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；而且本發明能夠檢測出已經成品的PBS鍍膜面相對于其入射面的偏向角度，能夠在激光器生產中提出其量化指標，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，為工業化生產中每個PBS的安裝提供相應的參考信息，有利于PBS生產過程的管理和控制。另外， 本發明裝置也可以測量那些不易拆卸的內部具有反射面的透明物體的相對角度。以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
權利要求
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；第一二維俯仰調節架，設置在工裝支架上，用于對反射鏡進行角度調整；第二二維俯仰調節架，設置在工裝支架上，用于對PBS進行角度調整；成像機構，與PBS對應設置；顯像機構，與所述成像機構對應設置；當入射光射向所述成像機構時，入射光通過在成像機構、PBS及反射鏡的不同的光傳播線路在顯像機構上顯示出若干亮點，調整所述反射鏡對應的第一二維俯仰調節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.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述成像機構包括第一分束鏡、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，并在顯像機構上形成最亮點。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述顯像機構包括CCD相機。
4.根據權利要求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節架位于所述銀鏡下方。
5.根據權利要求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，并設有通光孔。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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節第一二維俯仰調節架、第二二維俯仰調節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，同時調整所述反射鏡對應的第一二維俯仰調節架的二維角度，使所述最亮和次亮的兩個亮點重合；所述第一二維俯仰調節架在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.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述入射光照射于成像機構的第一分束鏡時，入射光的一部分依序經過第一分束鏡、第二分束鏡以及凸透鏡并在C⑶相機上成像一個亮點，這時調節凸透鏡與CXD相機的距離，使該亮點成像最小。
全文摘要
本發明涉及一種測量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、設置在工裝支架上并分別對反射鏡和PBS進行角度調整的第一二維俯仰調節架和第二二維俯仰調節架、與PBS處于同一光路的成像機構，以及對應成像機構設置的顯像機構。當入射光射向成像機構時，入射光通過在成像機構、PBS及反射鏡的不同的光傳播線路在顯像機構上顯示出若干亮點，調整反射鏡對應的第一二維俯仰調節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。本發明將所有加工誤差考慮進去，提高了測量精度以及激光器量化生產的效率。
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 優先權日2011年3月16日
發明者朱光, 樊仲維 申請人:北京國科世紀激光技術有限公司