波片延迟量自动化测量系统的研究

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在偏振光学和晶体光学领域中,光相位延迟器是光学调制系统中的重要晶体光学器件,它能对某一特定波长的入射偏振光产生确定的相位变化,从而改变光的偏振态。配合其它偏振器件,可实现对偏振光的调制从而控制光的偏振态。事实上,几乎所有应用偏光技术的地方都离不开光相位延迟器。由于其特殊的性质,被广泛应用于光纤通讯、光的存储、信息光学技术、空间光学、海洋光学、国防军事、航空航天等领域中。本论文《波片延迟量自动化测量系统的研究》展示了新的相位延迟量自动测量系统,它能实现波片相位延迟量的精确测量。 随着光学精密仪器、激光和偏光技术的发展,对波片精度要求愈来愈高,这要求波片的检测装置不但应具有较高的测量分辨率,更需要具有高的测量复现性。波片的相位延迟量是波片非常重要的性质之一,与波片的质量密切相关,将会直接或间接的影响到光学精密仪器的质量、激光的偏振状态、光通讯效果。并且波片的相位延迟量又与波片的厚度、应力双折射、环境温度等诸多因素有关,因而通过测量波片的相位延迟量来评价波片的质量是十分有价值的。 资料检索显示,当前许多高精度波片测量方法中,大多仪器仅是停留在实验室仪器状态,实际测量中多以手工操作为主,操作困难复杂,测试周期较长,复现性不高,不适合批量检测。因此,有必要研究新的测量方法,并建立具有自动、方便、快捷等特点的波片精确测量系统。 本论文在前人研究成果的基础上,研究了器件传递误差,采用最小二乘算法减小了随机误差,建立了波片相位延迟量自动测量系统,实现了波片相位延迟量的精确测量。文章共分五章:第一章绪论主要介绍了波片相位延迟量测量的发展历史和研究现状,阐述了论文研究的内容、目的和意义。 第二章主要介绍了波片测量的基础知识。首先对偏振和偏振光知识作了大体介绍,并描述了偏振光的四种数学表示方法。然后详细介绍了波片的基础知识,主要介绍了单元波片的特性。最后介绍了与晶体双折射相关的马吕斯定律及偏振光的干涉。 第三章主要介绍了几种典型的光相位延迟测量方案,包括:改进型的偏光干涉测量法、四步相移法、单四分之一波片法(senamont Method)、双四分之一波片法(Tardy Method)。分析了所有这些方案的原理、误差来源及特点。 第四章主要介绍了新设计的集光、机、电、算为一体的波片光相位延迟量测量系统。首先介绍了此测量系统的测量原理并绘出了测量系统原理图。接着,利用米勒矩阵和斯托克斯矢量理论严格推导了测量系统的各个器件的传递误差情况。最后,估算新的测量方法的测量不确定度约为±0.70°。 第五章利用新系统进行了实验测试,对测量结果进行了分析。首先详细描述了此测量系统中光路的调整方法、各部件的选择、具体操作过程。接着,利用新系统分别测量了632.8nm和650nm两类样品四分之一波片,列出了测量的数据结果,并对数据进行了对比分析。最后对测试结果并进行了讨论。试验表明该方法能很好的区分这两类波片。 本论文的主要创新点是:根据实验室现有条件,设计与建立了光、机、电、算相结合的自动化测量系统;研究分析了新测量方法中的器件传递误差,通过选择合适器件及改进测试步骤减小了系统误差:利用最小二乘算法减小了随机误差,提高了系统信噪比。误差理论分析证明新的测量方法的测量不确定度约为±0.70°。对632.8nm和650nm两类样品四分之一波片进行了对比测试,验证了新方法的精确性和实用性。
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