激光回馈波片位相延迟测量的误差源及消除方法摘要：激光回馈是1种新型的波片位相延迟测量的方法。将波片放置在激光器与回馈镜之间，可使激光回馈波形产生偏振90度旋转（即跳变）现象，而两偏振态所占的周期比（占空比）与波片的位相延迟相关。先测得占空比即可由计算机自动给出波片位相延迟。采用正反向两次扫描回馈镜，两次获得并测出占空比，可以很好地消除由于两偏振态损耗的波动造成的测量误差，提高了该方法长期测量的稳定性。测量的重复性达到0.5度。该方法结构简单，在线测量精度高，满足工业化生产的需要。关键词：激光回馈；波片位相差；偏振跳变1.引言激光回馈法是利用激光回馈中的偏振跳变现象，通过测量1个扫描周期中两个偏振态的占空比来实现对波片的测量。由于在长期的测量过程中，很难保证激光器对于两个偏振态的损耗完全相同，同时，波片的倾斜会造成两个偏振态的透过率不同，当两个偏振态的光强比值发生变化时，会造成上述占空比的变化，最终导致测量结果产生误差。本文提出了1种双向扫描测量的方法，可以从理论上完全消除这种误差源，有效地提高了该方法长期测量的准确性。测量装置：图1激光回馈波片测量仪装置图半外腔单纵模He-Ne激光器，通过控制压电陶瓷PZT2可以使激光器始终在中心频率附近工作；M3为回馈镜，反射率为10%，由压电陶瓷PZT1驱动，在计算器输出的3角波信号的驱动下做往复运动；WP为待测波片，其快轴方向与激光器的本征偏振方向1致；D1为光电探测器，探测激光器的光强信号，经放大器APM及A/D转换后送入计算机处理；P为检偏器，与光电探测器D21起探测回馈信号的偏振信息。2.偏振跳变原理及误差源分析2.1o,e光等效反射率及跳变原理关于激光回馈偏振跳变理论已有文章做过详细的论述[8]。这里对该理论进行简化性的论述。我们把M2及回馈镜M3等效为F-P腔，由于回馈镜的反射率很低，所以我们只考虑其等效反射率为:由于r3很小，可以忽略2阶项，于是等效反射率可简化为而等效腔镜反射率的变化，将直接影响光强信号。所以当外腔没有双折射元件的时候，随着回馈镜的移动，光强呈现为随L变化的余弦波形。当外腔存在双折射元件时，设o光方向为x方向，e光方向为y方向。双折射元件产生的位相差为，则此时x、y两个方向上的等效反射率不1样，分别为图2激光回馈偏振跳变波形位置位于A点，因此，从图3中我们可以看出，在AB段，R(x-x)>R(x-，出射光保持为x偏振态；在B点以后，R(x-x)（略，想看可以看pdf原文）2.2迟滞效应的影响当L向相反方向运动时，按照前边的分析方法，可以得到光强信号及对应的偏振态。我们可以得到：L正向运动和反向运动时，等效反射率所走过的路线不1样，偏振态跳变的方向也不1样，如图4所示：当L正向运动时，由x偏振态跳变到y偏振态，x偏振态所占周期比大；而当L反向运动时，则是由y偏振态跳变到x偏振态，y偏振态所占周期比大。这就是激光回馈偏振跳变现象中的迟滞效应。我们利用这种偏振跳变的现象，可以实现对波片位相延迟的测量。根据实验的结果，我4.实验结果图6为实际测量过程中的波形图。我们可以看到，x偏振态和y偏振态的最大光强明显不同，这也就说明，在整个回馈系统中，两偏振态的损耗是不同的。在长时间的测量过程中，这种差异也会随之变化，这就对系统长期测量的1致性产生影响。通过同时测量上升沿和下降沿的周期比，并对两个比值进行平均，可以有效的提高长期测量的稳定性。果的1致性。由于在实际测量中，我们使用的是压电陶瓷作为驱动装置，来推动回馈镜正向移动和反向移动，而压电陶瓷存在着迟滞效应，缩短时的曲线线性度不是很好，会对测量结果造成影响。我们可以通过以后的工作改进系统，改变驱动的形式来消除这部分造成的误差。5.结论本文通过对偏振跳变原理的分析、以及对基于该原理的波片测量方法的理解，提出了1种对该测量方法的改进措施。这种改进措施利用了偏振跳变原理中的迟滞效应和偏振态的改变，对上升沿测量值和下降沿测量值进行了平均化的处理，从而大大降低了两偏振态损耗的不同对测量结果造成的影响。从实验结果我们也可以看到，激光器确实存在着两偏振态损耗随时间变化的现象，从而使得长期测量的稳定性受到影响。而通过该改进方法，有效地提高了长期测量结果的稳定性，从而大大增强了该波片测量方法的实用性。
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