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 D2 1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
2.1 o, 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。
