【摘要】：光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器的發(fā)展是現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要保障,波片相位延遲量精密測(cè)量?jī)x器的開(kāi)發(fā)對(duì)高質(zhì)量光學(xué)偏振器件的生產(chǎn)及各類(lèi)應(yīng)用波片的光學(xué)儀器的研究發(fā)展都有著重要的意義。波片是典型的偏振光學(xué)元件,能夠?qū)μ囟úㄩL(zhǎng)的光波產(chǎn)生確定的相位延遲量,在與偏振相關(guān)的很多光學(xué)系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用,例如在遙感偏振成像系統(tǒng)、偏振光干涉儀、全光纖電流傳感器等器件中波片都起著非常重要的作用。光學(xué)相位延遲量是波片最為重要的參數(shù)指標(biāo),波片加工和測(cè)量的準(zhǔn)確度和精度水平直接影響到其應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量。目前雖然有多種測(cè)量波片相位延遲量的方法,但是大部分方法在測(cè)量時(shí)都有測(cè)量波長(zhǎng)帶寬的局限性問(wèn)題,即通常需要采用與波片中心波長(zhǎng)一致的光源進(jìn)行測(cè)量。而且近年來(lái),越來(lái)越多的應(yīng)用需要測(cè)量在某些特定波長(zhǎng)下波片的相位延遲量,這其中的某些波長(zhǎng)沒(méi)有與之對(duì)應(yīng)或接近的激光光源譜線。為了提升對(duì)波片相位延遲量測(cè)量的波長(zhǎng)兼容性并提高測(cè)量精度,選擇將調(diào)制法與補(bǔ)償法相結(jié)合,利用調(diào)制偏振光理論設(shè)計(jì)了基于單一波長(zhǎng)激光器測(cè)量多波長(zhǎng)波片相位延遲量的精密測(cè)量方法,從光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念出發(fā),分別介紹了光學(xué)調(diào)制補(bǔ)償單元、機(jī)械結(jié)構(gòu)控制單元、光電探測(cè)單元及數(shù)據(jù)軟件處理單元,分析了集成系統(tǒng)的測(cè)量原理,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和誤差分析并最終通過(guò)優(yōu)化開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的商品化轉(zhuǎn)化。研究成果有：1) 本測(cè)量系統(tǒng)從光的偏振理論出發(fā),充分發(fā)揮了調(diào)制偏振光的優(yōu)越性,利用電光效應(yīng)的縱調(diào)制Pockels盒,加入正弦調(diào)制信號(hào),并利用Babinet-Soleil補(bǔ)償器補(bǔ)償系統(tǒng)加入待測(cè)波片后產(chǎn)生的相位變化量,從而得到波片的相位延遲量。調(diào)制正弦信號(hào)的加入主要是為了使在光路末端的具有窄帶選頻放大功能的光電探測(cè)器能夠探測(cè)到基頻信號(hào)與二倍頻信號(hào)。經(jīng)過(guò)理論分析可以看出,當(dāng)完全補(bǔ)償時(shí),探測(cè)器顯示出的信號(hào)只有二倍頻信號(hào),基頻完全消失,這樣的判斷方法非常敏感和準(zhǔn)確,可以避免對(duì)光強(qiáng)極值點(diǎn)的直接探測(cè)。2) 系統(tǒng)測(cè)量時(shí)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,獲得系統(tǒng)在某一溫度、某一調(diào)試狀態(tài)下的2π周期補(bǔ)償量,再測(cè)量波片放入系統(tǒng)后補(bǔ)償器的補(bǔ)償量,利用相對(duì)比值關(guān)系求解波片的相位延遲量,這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于能夠很好的避免一些系統(tǒng)誤差。通過(guò)對(duì)不同波長(zhǎng)激光器的標(biāo)定,可以得到波長(zhǎng)λ與周期補(bǔ)償量之間的關(guān)系曲線,利用這條通過(guò)最小二乘法線性回歸擬合出的直線能夠方便的求解出某一特定波長(zhǎng)的周期補(bǔ)償量,通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的瓊斯矩陣分析和算式推導(dǎo),獲得了采用單一波長(zhǎng)光源測(cè)量多種中心波長(zhǎng)波片相位延遲量的交叉測(cè)量方法。3) 系統(tǒng)中采用旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光調(diào)制器、待測(cè)相位延遲器和相位補(bǔ)償器的角度旋轉(zhuǎn)操作,避免了因刻度盤(pán)的刻度不準(zhǔn)確以及人為讀數(shù)誤差等不利因素的存在,并使操作變得更簡(jiǎn)單直觀。4) 對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和優(yōu)化,最終實(shí)現(xiàn)商品化的相位延遲器件檢測(cè)儀。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該儀器能夠?qū)?00-1100nm波段中任意中心波長(zhǎng)的各類(lèi)波片進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量精度能夠達(dá)到λ/1000,且該方法在其他更寬的波段內(nèi)也具有有效性。同時(shí)儀器重復(fù)精度高,平均測(cè)量偏差小于0.2%。儀器還具有操作簡(jiǎn)單,多功能性等特點(diǎn)。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處：1)提出了單波長(zhǎng)激光器測(cè)量多波長(zhǎng)波片相位延遲量的方案設(shè)計(jì)和測(cè)量方法,從光學(xué)調(diào)制補(bǔ)償單元、機(jī)械結(jié)構(gòu)控制單元、光電探測(cè)單元及數(shù)據(jù)軟件處理單元幾方面介紹了系統(tǒng)的集成原理及方案,相比其它需使用與波片對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)激光光源測(cè)量的方法,系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性更高,光譜范圍更寬,測(cè)量精度高,穩(wěn)定性強(qiáng),方法簡(jiǎn)便易于操作。2)測(cè)量時(shí)利用調(diào)制偏振光二倍頻信號(hào)精確判斷補(bǔ)償零點(diǎn)及完全補(bǔ)償點(diǎn)位置。測(cè)量時(shí)采用實(shí)測(cè)值相對(duì)標(biāo)定值的方法求解相位延遲量,能夠避免系統(tǒng)自身的誤差。對(duì)系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)獲得的多波長(zhǎng)測(cè)量常數(shù)擬合線性曲線,能夠得到各波長(zhǎng)的2π補(bǔ)償量常數(shù),從而實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)間交叉測(cè)量。通過(guò)將波長(zhǎng)交叉測(cè)量得到的結(jié)果與直接采用同波長(zhǎng)激光器測(cè)量的結(jié)果相比較,測(cè)量值相對(duì)偏差小于0.3%。測(cè)量中還發(fā)現(xiàn)起偏器與檢偏器平行模式下補(bǔ)償器移動(dòng)量較小,相比起偏器與檢偏器垂直模式下補(bǔ)償器移動(dòng)量較大的情況系統(tǒng)測(cè)量精度更高。3)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品化開(kāi)發(fā),優(yōu)化各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)成本控制,針對(duì)不同應(yīng)用需求,開(kāi)發(fā)了偏振光特性研究及調(diào)制應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn)以及相位延遲器件檢測(cè)儀兩類(lèi)功能多樣化的商品儀器,取得了一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN248
【圖文】：

測(cè)量簡(jiǎn)便快捷，可Ｗ測(cè)量多種波片。為了避免光源波動(dòng)帶來(lái)的影響，也可Ｗ類(lèi)似逡逑上述光強(qiáng)法的方法五，加入?yún)⒖脊饴�，進(jìn)行歸一化處理。逡逑此外被相法也可Ｗ采用圖１－４這樣的衍射分束光路實(shí)現(xiàn)延遲量的實(shí)時(shí)測(cè)量，逡逑ＣＰ邋ＥＷＰ邋２ＤＯＧ邋ＦＬ邐ＡＡ逡逑ｈ邐［１邐￥邐備邋ｎ逡逑Ｉ邐Ｋ邋ＣＰＶ逡逑－邋ｌａｓｅｒ邋－邋－邋Ｙ邐邋邐邐邋ＰＡ邐Ｉ邋Ｉ逡逑；＾邐ｙ邐ｕ邐１１）邐ｉｎ邐＾逡逑圖１－４移相法測(cè)量衍姑分束系統(tǒng)示意圖逡逑光束經(jīng)過(guò)有格蘭－泰勒棱鏡和標(biāo)準(zhǔn)四分之一波片構(gòu)成的圓起偏器ＣＰ后，經(jīng)過(guò)恃測(cè)逡逑波片ＥＷＰ，再依次經(jīng)過(guò)二維正交光柵２Ｄ０Ｇ產(chǎn)生衍射分束，經(jīng)過(guò)化匯聚到包含有四個(gè)逡逑振動(dòng)方向依次相差４５＂的檢偏器ＡＡ上，ＰＡ上的四個(gè)光強(qiáng)信號(hào)被電腦采集和處理，計(jì)逡逑６逡逑

邐Ｑ邐Ａ逡逑圖１邋－３移相法測(cè)量系化示意圖逡逑測(cè)量時(shí)通常采用四步移相法，即調(diào)節(jié)時(shí)先將Ｐ、Ａ、Ｑ調(diào)節(jié)至消光，放入待測(cè)波逡逑片Ｃ，此時(shí)需要避免消光，使得Ｃ的快慢軸與Ｐ、Ａ偏振方向有一定夾角，然后轉(zhuǎn)動(dòng)逡逑檢偏器Ａ，在０＂、４５°、９０°、１３５＂四個(gè)位置分別記錄出射光強(qiáng)，利用四步移相公式逡逑計(jì)算出待測(cè)波片相位延遲量。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需耍準(zhǔn)確知道待測(cè)波片的光軸方逡逑向，測(cè)量簡(jiǎn)便快捷，可Ｗ測(cè)量多種波片。為了避免光源波動(dòng)帶來(lái)的影響，也可Ｗ類(lèi)似逡逑上述光強(qiáng)法的方法五，加入?yún)⒖脊饴�，進(jìn)行歸一化處理。逡逑此外被相法也可Ｗ采用圖１－４這樣的衍射分束光路實(shí)現(xiàn)延遲量的實(shí)時(shí)測(cè)量，逡逑ＣＰ邋ＥＷＰ邋２ＤＯＧ邋ＦＬ邐ＡＡ逡逑ｈ邐［１邐￥邐備邋ｎ逡逑Ｉ邐Ｋ邋ＣＰＶ逡逑－邋ｌａｓｅｒ邋－邋－邋Ｙ邐邋邐邐邋ＰＡ邐Ｉ邋Ｉ逡逑；＾邐ｙ邐ｕ邐１１）邐ｉｎ邐＾逡逑圖１－４移相法測(cè)量衍姑分束系統(tǒng)示意圖逡逑光束經(jīng)過(guò)有格蘭－泰勒棱鏡和標(biāo)準(zhǔn)四分之一波片構(gòu)成的圓起偏器ＣＰ后，經(jīng)過(guò)恃測(cè)逡逑波片ＥＷＰ

北京郵電大學(xué)博－上學(xué)位論文邐第一章緒論逡逑量條紋的移動(dòng)量，就能夠計(jì)算出波片的相位延遲量。利用晶體斜劈對(duì)偏振光相位進(jìn)行逡逑調(diào)制的測(cè)量方法不受到光源波動(dòng)影響，測(cè)試時(shí)不需要旋轉(zhuǎn)光學(xué)元件和測(cè)量光強(qiáng)值，對(duì)逡逑晶體敘劈的質(zhì)量要求高，精度取決于ＣＣＤ的分辨率。逡逑

本文編號(hào)：2751451