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高消光比测试系统对研究晶体材料光学性质,测量光学偏光器件的光学性能和参数具有不可替代的科学作用,要提高系统的测量精度就必须重视系统的各部分光学性能的研究。本文《高消光比测试系统中光电倍增管的偏振效应》主要分析研究了系统中光电倍增管的偏振效应,寻求消除光电倍增管偏振效应的有效途径,补偿其在高精度消光比测量系统中引起的测量误差。然后将把光电倍增管,数字锁相放大器和计算机等有机的组合,从而提高了此测试系统的测量精度,建立一套测量速度快、数据处理、采集、操作自动化且数据处理更为精确和稳定的智能化高消光比测量系统。
激光偏光技术的不断发展,使得偏光器件日益广泛地应用于光纤通信、偏光导航、光调制、光电检测以及光传感等技术领域。消光比是晶体材料和偏光器件的主要光学参数之一。消光比测量的精确程度将影响到利用偏光器件对各种光辐射的偏振性质进行测量和鉴别的检测精度,以及利用偏光器件对其它具有偏光变换性质的光学器件和仪器系统的偏振响应的检测和分析。因此,偏光器件消光比的精确测定对于现代化信息技术的发展有着十分重要的意义。消光比测量属于弱光信号光度学测量,其测试方法不同于一般的光度测量。在高精度消光比测量中,影响消光比测量精度的一个重要因素就是光电倍增管的偏振效应。光电倍增管是光子技术器件中的一种重要产品,它是具有极高灵敏度和超快时间响应的光电探测器件,可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、生物发光研究、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、浊度计、热释光量仪、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。分析研究其偏振效应,对于光电倍增管在其他领域中的应用也具有很高的参考价值。论文撰写的内容主要包括以下五个方面:
第一章为绪论部分。讲述了论文的写作背景和意义,以及本人所做的主要工作。
第二章简要介绍了光电倍增管的结构组成和工作原理。包括光电倍增管的各项特性参数,使用方法以及使用时的注意事项。
第三章首先综述了微弱光电信号处理方法,包括相关检测技术、取样积分技术和光子计数技术;其次,从光功率和光频率两个方面探讨了精密测量中改善与控制光源稳定性的方法,分析了传统的消光比弱光信号测量方法一双镜测试法和高消光比测试法的优点和不足;概述了偏振器件消光比测量的常用实验方法和原理,并对常用消光比测量方法的特点作了简单的论述;然后,根据微弱光电信号处理的一般理论,提出基于相关检测原理的光电倍增管偏振效应智能化测试方案。
第四章结合本所研制成功的“GXC—1型高精度消光比测量系统”的基本原理,并结合先进的计算机控制技术,对该测量系统进行了完善和优化改进。由于高消光比测量系统中用到光电倍增管,其偏振效应会对测量结果产生较大影响。光电倍增管的偏振效应早就被人
们所注意,但这方面的研究并不太多,并且不同型号的仪器往往具有不同的偏振性质,因而这方面的研究通常不具有普适性。为此我们首先分析了在高精度消光比测量系统中使用的CR131型光电倍增管的偏振效应,并对其进行了实验测试,初步分析了偏振效应产生的原因,计算出由于其偏振效应对结果造成的测量误差,然后翻阅了光电倍增管的工作原理及许多偏振效应解决方案,对各种消除光电倍增管偏振效应的方法方案进行了详细分析,并做了大量的仿真计算和实验。最后,在针对高消光比测量的特定系统下设计了一套新的采用信号波动自适应补偿的方案,来进一步消除光电倍增管偏振效应对测量结果的影响。最后在消除光电倍增管偏振效应的基础上,对高消光比测量系统进行了改进和优化。
第五章利用改进的测量系统对几块偏光棱镜进行了实验测试,分析了消光比测试中误差的主要来源,并简要介绍了测试系统的发展方向。
本人的主要工作及贡献在于:1、在前人的基础上对高消光比测量系统中作为探测器的光电倍增管的偏振效应进行了实验测试2、初步分析了产生光电倍增管偏振效应的原因3、在高消光比测量系统中引入退偏器退偏法和自适应补偿系统,消除光电倍增管的偏振效应,并取得了良好的实验效果。4、在前人对高消光比研究的基础上,结合先进的计算机技术,基本上实现了高消光比测量及数据处理的智能化。
理论分析和实验表明,现在一般所采用的测量方法只是基于最基本的测量方法因此不可避免的存在着测试精度等问题。本文利用改进的测量系统,有效的消除了光电倍增管偏振效应的影响,测试灵敏度可达10-9,对某些类型的偏光棱镜进行消光比方面的测试,达到了预期的理想效果。