基于相位补偿与双频激光外差干涉的任意波片相位延迟及快轴方位角快速同步测量技术研究

本文提出一种基于相位补偿与双频激光外差干涉的波片（WP）测量新方法，通过旋转半波片（HWP）调制信号相位并补偿至极值，实现任意波片相位延迟（δ）和快轴方位角（θ）的快速同步测量。该方法规避了方位角定位误差影响，采用相位检测提升精度（δ测量不确定度约3.2′，θ约5″），光学系统具备共路特性（common optical path），稳定性优异。实验验证结果与其他方法高度一致。

　　

^Highlight

^Principle

波片测量系统示意图如图1所示。采用高频率稳定性的双频激光器作为光源，发射一对正交的p和s偏振光（偏振方向分别平行于X和Y轴）。输出光束通过由两个透镜组成的束缩单元（BCU）减小直径，随后被分束器（BS）分为两路，两路均包含p和s偏振成分。

^{Error analysis}

影响相位延迟测量不确定度的误差源包括：

1）相位检测精度误差：实验所用相位计精度为0.1°，根据公式（8）计算得误差Δ₁为90″；

2）被测波片（MWP）误差：若MWP表面与激光束不严格垂直，将增加光程并引入额外相位变化；

^{Measurement and comparison}

在稳定环境中进行系统测量稳定性评估。测量信号与参考信号间的相位差结果如图2所示，相邻采样点间隔约5秒。

10分钟内相位测量值的标准差为0.057°，对应相位延迟误差0.1′（实际测量时间更短）。该结果包含系统噪声和环境影响。

^Conclusion

我们提出了一种基于相位补偿与双频激光外差干涉的新颖、简便、快速的波片测量方法。测量光路仅由MWP、可旋转HWP、聚焦透镜和折返镜组成。通过旋转HWP调制测量信号相位并补偿至极大/极小值，可快速同步推导任意波片的相位延迟与快轴方位角。