基于弹光调制的椭偏测量驱动电路系统设计

随着椭偏测量技术的发展,对椭偏测量速度、测量范围有了更高的要求。针对传统的双旋转补偿器测量方法受限于机械限制,调制频率低的问题。采用弹光调制技术,利用调制器的快轴旋转取代传统的旋转补偿器,设计了一种基于LC谐振放大的双驱动电路,利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对弹光调制器（PEM）的高速驱动控制。根据弹光调制驱动控制要求对电路设计思路和方法进行了详细分析。通过仿真和实验结果表明,所设计的电路系统输出频率能稳定控制在60 kHz,幅值能达到430 VPP以上,满足PEM快轴高速稳定驱动的需求。     

应用磁光调制器的高分辨率偏振消光测量系统

对文献 [1]的自动椭偏仪的部件偏振消光测量系统作了改进 ,用 Verdet常数为 0 .31min/ Oe· cm的铽玻璃作磁光调制材料 ,设计了新型磁光调制器和驱动电路 ,对偏振光进行直流加交流调制 ,结合使用超低噪声选频放大器和锁定放大器 ,消光角测量的重复性标准差 S3不大于 0 .0 0 0 4°     

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...     

光栅成像位置传感器中的偏振调制技术

提出了一种用于光栅成像位置传感器的偏振调制技术,利用米勒矩阵对其调制原理进行了详细的分析。该偏振调制器主要由起偏器、萨伐尔板、两块1/4波片、光弹调制器和检偏器构成。起偏器、萨伐尔板置于探测光栅之前,在探测光栅位置上形成两个错位的偏振方向正交的像光栅。两块1/4波片、光弹调制器和检偏器置于探测光栅之后,实现对莫尔信号的高频调制。该偏振调制技术消除了光源光强波动和电路增益变化引入的测量误差,抑制了杂散光、探测器噪声对测量结果的影响。实验验证了该偏振调制技术的有效性,结果表明这一技术使光栅成像位移传感器获得了优于12 nm的重复测量精度。     

基于最优化方法的光弹调制器光学模型验证

基于光弹调制器(PEM)的高速椭偏测量法具有测量速度快,灵敏度高的优势,目前已被广泛应用于半导体、显示器和军工等领域。现有PEM光学模型验证方法大多采用谐波分量提取法,但其受系统偏差影响较大。该文提出一种基于最优化方法——PEM光学模型验证法,该方法将椭偏测量过程转化成最优化问题进行求解,将系统参数作为自变量进行处理,可抑制系统偏差造成的影响,提高测量系统的鲁棒性。该文介绍了该方法的基本原理,并通过数值仿真和椭偏测量光学实验进行了验证。结果表明,该方法可有效地抑制系统参数偏差对测量精度的影响。     

光弹调制器在偏振方向调制中的应用

提出了一种将光弹调制器应用于偏振方向调制的方法,介绍了它的两种基本使用模式,利用琼斯矩阵对其偏振方向调制原理及其两种基本使用模式进行了分析。光弹调制器和1/4波片形成偏振方向调制器件时,光弹调制器处于两块透光轴相互垂直的1/4波片之间,且光弹调制器的振动轴分别和两块1/4波片的透光轴成±45°角,线偏振光通过此器件其偏振方向被调制。实验验证了光弹调制器组合1/4波片调制偏振方向的原理。将光弹调制器应用在偏振方向的调制中,使现有偏振方向调制技术的光谱范围扩展到了紫外波段。     

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。     

基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6%,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6%,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。     

波片相位延迟量测量和快轴标定系统

为了能够快速精确地测量波片相位延迟量和快轴方位角,实现测量系统的集成化和自动化,设计了基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的波片测量系统。采用弹光调制器对检测激光进行调制,运用基于FPGA的数字锁相技术提取调制信号的一、二倍频项,利用优化算法解调出波片相位延迟量和快轴方位角,步进电机带动波片转动使快轴到达零度位置,相位延迟量由LCD显示出来。搭建了实验系统,并对1/4波片进行了测量。实验结果表明:该系统对1/4波片快轴方位角的测量精度优于0.31,相位延迟量的测量精度和重复度分别优于99.47%和0.14。测量系统的弹光调制器驱动信号、电机驱动信号、数据运算都由FPGA控制,实现了光机电一体化。     

光弹调制器的振动分析与实验

研究了长度伸缩振动的光弹调制器的工作原理并进行振动分析。各向异性的压电石英在驱动电压下振动,当驱动方波信号频率与两块晶体的本征频率相匹配时,与压电石英用硅橡胶柔性连接的熔融石英随之共振,在两块晶体中传播的是同频率的纵驻波,光弹调制器整体作一维长度伸缩振动。将光弹调制器的振动等效为有阻尼的弹簧-质量块系统进行理论推导,得出振幅表达式,振动位移与驱动电压和光弹调制器的品质因数Q值成正比。最后通过有限元仿真与测振实验测量自制的光弹调制器的振动特性来验证推导的正确性。     

用于微波光子系统的铌酸锂集成电光调制器研究

设计和制作了一种高速铌酸锂电光调制器。波导采用双Y定向耦合器型结构以提高线性度,同时能够提高工艺容差;电极采用CPW行波电极结构。通过分析比较不同相速匹配程度及微波损耗程度对电极系统带宽的影响,选择合适的设计参数及工艺参数,制作的调制器样品插入损耗为3dB,开关消光比为34dB,偏置电极半波电压为7V,行波电极半波电压为5.5V,电反射小于-10dB,6dB调制带宽约18GHz,可实现0～18GHz模拟调制。     

快轴可调弹光调制器闭环稳定控制研究

快轴可调弹光调制器（FaaPEM）不仅具有调制频率高、通光孔径大、抗震性能好等优势，同时还弥补了传统弹光调制器相位延迟量和快轴方位角无法灵活调节的不足，在偏振调制以及偏振测量中发挥着重要的作用，FaaPEM是由两个压电驱动器和弹光晶体构成的谐振型光机电器件，在高压谐振状态下，因其自身的温度升高会导致弹光晶体谐振频率与驱动电压的频率不匹配，极大地影响了对于入射光的调制效率。为了确保FaaPEM在工作时的调制能力和稳定性达到最优效果，开展了FaaPEM的稳定闭环控制研究，提出了基于调制信号跟踪和相位调节的闭环驱动控制方法 ，并对FaaPEM稳定性进行了测试。测试结果表明：该系统加载反馈控制后，半波状态下稳定度达到4.18%，四分之一波状态下稳定度达到3.43%。     

液晶空间光调制器用于光学测量的研究

研究了利用液晶空间光调制器的相位调制特性进行光学测量的方法。测试美国BNS公司反射式256×256纯相位液晶空间光调制器,相位响应呈非线性。利用反插值法对非线性相位响应进行了校正,使非线性度缩小1/8,获得了该器件线性的相位响应曲线。利用液晶空间光调制器产生相息图,能够将PV值为0.78λ,均方根为0.13λ的不规则波面,调制成PV值为0.27λ,均方根为0.02λ的近似平面波。实验结果表明,液晶空间光调制器作为补偿器能够应用于任意光学表面的测量。     

斯托克斯光偏振态测量系统的优化

为了满足光偏振态分振幅测量模块（DOAP）对分光棱镜复杂且严格的加工要求,采用在经典DOAP透射光路及反射光路各引入一块波片的方法,组成改进后的光偏振态测量模块。推导了新的仪器矩阵表达式,通过分析波片参量对仪器矩阵条件数的影响,得到了最佳波片的参量及其关系。结果表明,优化后的斯托克斯椭偏仪测量薄膜样品的厚度和折射率的标准差分别为0.1nm和0.001。通过选择波片的最佳方位角或相位延迟量可以实现斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的优化,从而提高系统的测量稳定性及可靠性。     

精确测量1/4波片相位延迟量的新方法

提出了一种精确测量1/4波片相位延迟量的新方法。测量光路由激光器、起偏器、被测1/4波片、光弹调制器、检偏器和光电探测器构成。起偏器和检偏器的透光轴相互垂直。被测1/4波片的快轴与光弹调制器的振动轴平行,且与起偏器和检偏器的透光轴分别成±45°夹角。准直激光束依次经过起偏器、被测1/4波片、光弹调制器和检偏器的探测光强由光电探测器接收。利用探测信号的直流分量与二次谐波分量精确计算出被测1/4波片的相位延迟量。实验验证了这种测量方法的有效性,改变初始光强过程中相位延迟量测量结果的复现性为0.012°,检偏器、被测1/4波片的方位角变化1°的过程中相位延迟量测量结果的复现性为0.008°。     

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。     

不同谐振状态下弹光调制器的品质因数分析

为了提高弹光调制器在高压驱动下的工作效率,以提高傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率,在建立弹光调制器的损耗模型和振动方程的基础上,描述了包含损耗因数的弹光调制器幅频特性,并推导了谐振和反谐振频率下弹光调制器的品质因数。结合压电材料的电致伸缩效应及其损耗,分析了高压驱动下各损耗因数之间的关系,提出了一种较谐振驱动具有更高品质因数和调制深度的反谐振驱动方法。实验验证,当驱动电压在500~1200 VP-P范围内,反谐振驱动方法较传统的谐振驱动方式,品质因数和调制深度均提高了43%,有效地提高了弹光调制器的工作效率。     

一种载边比可调单边带全双工光载无线系统

理论分析了一种基于双平行马赫曾德尔调制器(MZM)的2倍频光单边带调制方案,仿真研究了基于该方案的载波重用全双工光载无线(RoF)通信系统性能.合理设置射频驱动信号相移及双平行MZM主调制器偏置电压产生单边带信号,再调整调制指数以实现光载边比ROCS的连续可调谐.讨论了射频信号相移、主调制器偏置电压、双平行MZM消光比...     

基于FPGA的光弹调制器用高压驱动电路设计

为满足光弹调制器对高电压、高稳定和精确易控制的驱动电压需求,设计了一种基于FPGA控制、全桥结构LC谐振升压的高压驱动电路。该电路与传统的光弹调制器驱动控制电路相比,大幅降低了直流电源的电压输入要求,通过DDS调节方波频率来控制光弹调制器工作频率,调节方波占空比来控制输出电压。该电路应用于光弹调制器实验,结果表明在光弹调制器的谐振频率下,外部直流电压为5 V时,方波占空比范围为0~50%,对应电压峰-峰值可调节范围为0~840 V。电路具有稳定可靠、操控方便、带负载能力较强等优点,能够实现光弹调制器驱动电压实时精确的控制。     

共路外差干涉测量液晶空间光调制器相位特性

为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准, 使其满足线性相位调制的应用需求, 采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性, 分析了实验系统的测量原理, 取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据, 并进行了线性校准。结果表明, 实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π, 利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线, 相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996;该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性, 具有较高的测量精度, 相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。