基于斯托克斯椭偏测量系统的多点定标法

斯托克斯椭偏仪可快速测量光束的偏振态,仪器矩阵的精确测量是斯托克斯椭偏仪一项非常重要的技术。为提高仪器矩阵的测量精度,基于四点定标法,提出了斯托克斯椭偏测量系统的多点定标法,并从理论上证明了该方法。在多点定标法的基础上采用六点定标法进行实验验证,结果表明采用多点定标法对系统定标是完全可行的,为斯托克斯椭偏仪的定标提供了新思路。同时六点定标法比四点定标法以及E-P定标法所获得的仪器矩阵更准确,在测量精度方面,该方法获得的斯托克斯参数的总均方根(RMS)偏差为3.15%。     

斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的条件数评价研究

斯托克斯椭偏仪一般使用定标的方法来测量其仪器矩阵,其仪器矩阵的优劣直接影响了被测光线斯托克斯参量的精确度与稳定度,从而影响了被测薄膜的厚度、折射率及消光系数等光学参数的精确度与稳定度。文章以椭偏参数总偏差为评价函数,分析了条件数大小与斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的优劣关系,并从实验上证明了条件数较大时,仪器矩阵较差,测量结果偏差大;条件数较小时,仪器矩阵较优,测量结果较佳。     

基于模式理论光栅椭偏参数反演的数值模拟

将一种广泛用于求解系统优化问题的方法——正单纯形法，求解光栅的椭偏方程。首先，利用求解光栅的傅立叶模式理论对TE和TM波的复反射系数进行求解。然后计算出其相应的椭偏参数(△，Ψ)，并在该值的基础上加入不同偏差的随机高斯噪声，将加入噪声后的值(△m，Ψm)作为模拟测量值。最后使用优化算法进行反演。通过对几种常用面形光栅椭偏参数的数值模拟，一方面表明傅立叶模式理论计算光栅的椭偏参数不仅精度高。而且速度快；另一方面表明利用正单纯形法得到的光栅参数值很接近于正演时假设的参数值，从而从理论上证明了利用椭偏法测量光栅各种光学参数的可行性。     

基于Labview技术的光度式椭偏测厚仪的研究与设计

本文介绍了一种基于Labview的光度式椭偏仪光学测量系统,用于进行透明薄膜厚度的精确测量.研究并推导出该系统的数学模型及椭偏参数的计算公式.基于C9051F020单片机设计出椭偏仪的控制器并使用Labview编写了测量软件.在测量软件中嵌入Matlab Script节点,完成复杂运算.通过对SiO2薄膜的测试,验证了仪器具有良好的可靠性和重复性,薄膜厚度误差小于100 A,折射率误差小于0.01.     

基于椭偏成像光路和表面等离子体共振效应的金属薄膜参数测量方法研究

提出了一种基于椭偏成像光路和表面等离子体共振效应的金属薄膜参数测量方法,在椭偏成像光路中采用p偏振光在金属薄膜与空气界面产生表面等离子体共振效应,利用不产生表面等离子体共振效应的s偏振光消除背景光的影响,得到表面等离子体共振吸收环垂直方向的归一化反射率曲线,数值拟合获得待测金属薄膜的薄膜参数,这种方法不需要求解椭偏方程,数据处理过程简单,求解速度快。实验中,基于该方法的测量结果与标准椭偏仪的测量结果基本一致,很好地验证了该方法的有效性。     

椭偏法测光栅参数的可行性理论研究

提出一种新的光栅测试方法-利用椭偏仪测量光栅的基本参数，同时将求解优化问题的正单纯形法用来反演光栅的椭偏方程。首先假设一种光栅模型，计算出不同入射角的椭偏参数（△,φ),然后加入偏差量不同的高斯噪声，把加入噪声后的值（△m,φm）作为模拟测量值，采用正单纯形法进行求解，验斑点得知由这种方法求得的光栅参数接近假设的光栅参数值。反演结果表明，在扩大搜索范围时，仍可以在一定精度范围内得到准确解，这就在理论上验证了用椭偏仪测试光栅参数的可行性。     

穆勒椭偏标定方法中LM算法研究

依据穆勒椭偏测量方法中偏振光的传输方式,提出了一种椭偏系统中光学元件参数的定标方法。通过建立出射光强关于起偏器和检偏器透光轴方位角、旋转补偿器方位角和相位延迟的非线性最小二乘模型,用列文伯格?马夸尔特（Levenberg-Marquardt,LM）算法对初始参数进行迭代。求解出光学元件参数的精确值,从而实现对元件的定标。通过仿真实验,利用已知穆勒（Mueller）矩阵且标定值为(24.90±0.30) nm的SiO₂/Si标准样片,基于LM算法迭代计算光强值的残差平方和。实验可得当迭代次数为50次时,残差平方和收敛到最小值0.24;与传统多点标定法进行对比试验,验证了基于LM算法求解光学参数的可行性;用标定值为(91.21±0.36) nm的SiO₂/Si标准样片进行验证,得到膜厚的计算值为91.53 nm,相对误差为0.35%。结果表明:在穆勒椭偏系统参数标定中,LM算法具有收敛速度快,计算精度高等优点。     

一种测量双片波片补偿器中光轴偏差角度的方法

双片零级波片和消色差波片是双片波片贴合的补偿器,双片波片中的光轴对准精确度影响波片的偏振调制。提出一种精密检测贴合式双片波片光轴偏差角的方法,该方法基于旋转补偿器的直通式椭偏系统,可在未知起偏器方位角和检偏器方位角相对关系的情况下,通过波片的连续旋转测量偏差角度。探讨了偏差角度对椭圆偏振测量的影响,具体描述了检测方法的原理及数学表达,并通过对检测过程的模拟验证了方法的有效性。此方法对检测和提高双波片式补偿器制造精度具有参考价值。     

一种测量双片波片补偿器中光轴偏差角度的方法北大核心CSCD

双片零级波片和消色差波片是双片波片贴合的补偿器,双片波片中的光轴对准精确度影响波片的偏振调制。提出一种精密检测贴合式双片波片光轴偏差角的方法,该方法基于旋转补偿器的直通式椭偏系统,可在未知起偏器方位角和检偏器方位角相对关系的情况下,通过波片的连续旋转测量偏差角度。探讨了偏差角度对椭圆偏振测量的影响,具体描述了检测方法的原理及数学表达,并通过对检测过程的模拟验证了方法的有效性。此方法对检测和提高双波片式补偿器制造精度具有参考价值。     

激光合成波长纳米测量干涉仪的非线性误差分析

描述了激光合成波长纳米测量干涉仪的测量原理,分析了非线性误差对该干涉仪的影响,得出了由偏振光非正交、椭偏化和光学元件偏振非正交及椭偏化等对该干涉仪造成的非线性误差为偏振态误差的二阶或高阶小量。进行了激光合成波长纳米测量干涉仪和激光外差干涉仪的对比实验,结果表明激光合成波长纳米测量干涉仪的最大误差为2.1nm,优于激光外差干涉仪的最大误差7.5nm,验证了激光合成波长纳米测量干涉仪的优越性。     

一种基于PEM和EOM联合调制的波片参量检测方法北大核心CSCD

波片作为一种能改变入射光偏振状态产生相位延迟的重要光学元件,它的准确快速测量一直是研究的热点,为了解决波片参量检测灵敏度不足、速度慢的问题,提出了一种基于弹光和电光联合调制同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的简单方法。在该方法中一个参考光路用于监测PEM的相位延迟量实现相位的稳定控制,另一个光路在PEM保持稳定后实现待测波片参量的检测,基于FPGA与数字锁相技术提取探测信号的倍频分量和直流分量,并在片上可编程系统中实现数据处理,从而快速高精度完成对波片相位延迟量和快轴方位角的检测。实验结果显示在PEM相位延迟量稳定在2.405 rad时,该系统检测波片的相位延迟量和快轴方位角的平均相对偏差分别为0.27%和0.25%。测量过程简单快捷、测量精度较高。     

基于光弹调制的原子磁强计中光信号检测方法

在无自旋交换弛豫原子磁强计中,需要检测极小的旋光角度。基于光弹调制器的偏振调制技术由于其较低的噪声和长时间的稳定性在各种检测方法中是优选的。但光弹调制器的输出信号里包含有大量噪声和高次谐波,严重影响了原子磁强计的性能。针对以上问题分析了基于光弹调制器的偏振调制技术的原理和待检测信号的特性,并提出一种基于双通道数字锁相放大器的原子磁强计微弱信号检测方法。该方法简化锁相放大算法,减小电路复杂度,并能准确地同时检测一次谐波和二次谐波的幅值。理论分析和仿真结果表明,该检测系统工作良好,可以准确地检测微弱信号,误差在0.1%以内。     

基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法研究

针对液晶空间光调制器阵元间相位调制量偏差降低光束衍射效率的问题,提出基于样条插值的液晶空间光调制器衍射效率优化方法。依据泰曼-格林干涉原理,搭建了相位调制系统。对调制器加载阶梯变化的灰度图,通过计算干涉条纹移动量,绘制液晶空间光调制器相位调制曲线。采用三次样条反插值法对相位调制曲线进行校正,实现对相位调制量的相位补偿。搭建液晶空间光调制器衍射效率测试系统,对所提优化方法进行实验验证,并与随机梯度下降法进行了对比。结果表明:当光束偏转角度为1.56°、0.78°、0.39°、0.19°时,文中所提方法提高了30%~40%的光束衍射效率,相较于随机并行梯度下降法,衍射效率提高了2%~8%。该方法有效抑制了栅瓣能量,提升了主瓣光束衍射效率,克服了随机并行梯度下降法迭代次数多,优化速度慢,易陷入局部最优的缺点。     

光弹调制器研究综述及原理验证

光弹调制器是一种基于压电效应和光弹效应的光学调制器件。光弹调制器采用共振工作模式,具有调制频率高,灵敏度高,调制波段宽（紫外~远红外）等特点,可广泛应用于半导体、新材料、生命科学及航天军工等高新技术领域。该文首先阐述了光弹调制器的基本工作原理,包括压电效应、光弹效应等;其次介绍了光弹调制器的结构和重要参数,并分析了不同结构和各参数对器件性能的影响;然后进一步介绍了目前新型光弹调制器的相关研究;最后,针对目前主流的八角形二维结构,该文给出了基于有限元法的数值仿真结果,并对该类型光弹调制器的工作原理和振动特性进行了验证。     

可调谐激光光谱系统中光学条纹的补偿方法

为了消除光学条纹对检测精度的影响,基于光学条纹的映射特性,提出了一种可有效补偿光路中平行介面造成的光学条纹的方法。在CO₂检测系统中进行了理论分析和实验验证,并展示了该方法的使用过程及补偿结果。结果表明,即使在光学条纹漂移的情况下,该方法仍可有效补偿光学条纹,使测量信号与标准气体吸收信号的拟合相关度由0.8298提升至0.9934,体积分数测量值标准差由1260×10-6降低至48.5×10-6。该方法极适合补偿检测器窗、气体池窗以及其它已集成于系统的光学元件造成的光学条纹,在可调谐二极管激光器吸收光谱技术领域具有较大的应用价值。     

光学偏折子孔径拼接面形检测技术

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求,提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统,结合子孔径划分拼接方法,对各子孔径分别进行测量,并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差,高精度测得各个子孔径的面形数据,由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场,可极大降低所需的子孔径数量,由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性,分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验,并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明,利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑,且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 μm,优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围,并且系统结构简单,为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。     

弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。     

双弹光调制器动态耦合及控制的一种新方法

针对双弹光调制器(PEM)中各调制器本征频率差异 及其随温度变化造成的调制效率降低问题,提出 了基于中心频率控制的解决方案。首先,建立了PEM机械特性等效电路,分析了驱 动电压、驱 动频率和谐振频率的动态耦合关系,确定了大光程差条件下驱动信号加载方法;其次,结合 不同谐振 频率PEM的幅频、相频特性曲线,提出了基于中心频率的双PEM控制方法;最后,采用 数字频率合成(DDS)技术和数字锁相环(DPLL)技术对双PEM进行驱动及谐振频率漂移跟踪,使 各PE M处于同频同相状态。实验结果表明,本文控制方法能够使双PEM调制光程差达 到单个PEM的2倍,达到1080μm。     

分划板失调对猫眼光学系统反射特性的影响

为了研究猫眼光学系统中分划板失调对入射光束的反射特性影响,考虑光学元件的等效光阑作用,将失调光阑孔径函数展开为有限项复高斯函数之和,利用失调光学系统的广义衍射公式,推导出入射光束经含分划板失调猫眼光学系统的反射光束场分布的近似解析式,得到反射光束场分布与入射光束光学参量、分划板孔径尺寸和分划板失调量之间的关系,对特定猫眼光学系统定量分析了分划板失调对反射光束场分布的影响。结果表明,分划板失调对反射光束场分布产生影响,特别是对远场光场分布影响显著。     

光流技术在微结构平面微运动测量中的应用

在经典的Horn-Schunck光流算法的基础上,根据微机电系统(MEMS)微结构的运动特性,引入标号场,提出基于标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计.利用光学测量方法,开发了测试系统,能使微结构的运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;基于频闪成像原理来冻结微结构的高速运动状态,获取一系列动态图像序列;基于提出的标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计,获取其重要动态特性参数.该方法具有非接触、高测量精度的特点.实验结果表明,该方法的测量重复性达40nm.