基于光谱干涉技术的波片相位延迟量测量方法

作为波片最重要的技术参数，波片相位延迟量的精确度会直接影响整个偏振光学系统的性能，在有些情况下，使用前需要对其进行精确测量。根据偏振干涉光谱曲线分布特性提出了一种测量波片相位延迟量的方法。此方法是将待测波片置于起偏镜和检偏镜之间，利用分光光度计测量一定范围内光谱透射率曲线，通过精确提取曲线上定值透射率对应波长，利用公式可同时获得待测波片的绝对相位延迟量、有效相位延迟量、波片级次、波片厚度等多个光学参数。理论分析和实验结果表明，该方法适用于具有任意延迟量的晶体零级或多级波片，具有测量精度高、对起偏镜与检偏镜透振方向和待测波片快轴方向调节无严格要求、操作简单的优势。     

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°。     

基于双波片的偏振调控和偏振测量技术

针对双波片偏振调控结构,基于Stokes-Mueller矩阵偏振算法,对双1/4波片和双1/2波片的偏振调控机理作了详尽的理论分析,得出调控偏振态与双波片快轴方向之间的关系,并追迹其在庞加莱球上的运动轨迹.基于双波片调控结构搭建偏振测量系统,根据入射和出射Stokes矢量构建了投影关系矩阵算法,完成了待测元件Mueller矩阵的测量,并分析了波片的快轴方向误差和位相延迟误差对Mueller矩阵测量结果以及对出射偏振态调控精度的影响.分析结果表明:波片的快轴方向误差控制在±2°内,位相延迟误差不大于λ/300时,Mueller矩阵的最大测量误差为0.040 2,波片自身误差对测量结果的影响可以忽略不计;波片自身误差所引起的方位角误差不大于0.16rad时,快轴方向误差引起的椭率角误差最大不超过0.032 rad,位相延迟误差导致的椭率角误差小于0.015 rad,且对偏振度无影响.     

基于相位调制和样品摆动的1/4波片相位延迟量测量方法

提出一种基于相位调制和样品摆动的1/4波片相位延迟量测量方法。准直激光束依次通过起偏器、相位调制器、待测1/4波片和检偏器由光电探测器所接收,光信号被转换成电信号后经过放大、滤波以进行数据处理。利用待测1/4波片的摆动可以计算得到与快轴方位角无关的归一化二次谐波分量,在无需知道1/4波片快轴方位角的情况下得到其相位延迟量。实验中对一块石英1/4波片进行了测量,实验结果与现有快轴方向确定条件下的光弹调制测量方法的测量结果一致,某一快轴方位角上多次测量的重复性为0.13°,不同快轴方位角上多次测量的再现性为0.17°。     

基于基频分量消光的1/4波片快轴标定方法

提出了一种基于基频分量消光的波片快轴标定方法,并利用琼斯矩阵对其标定原理进行了分析.激光器、起偏器、相位调制器、待标定1/4波片、检偏器和光电探测器构成标定光路,起偏器、检偏器的透光轴与相位调制器的振动轴分别成 45°和0°夹角.准直激光束依次经过起偏器、相位调制器、待标定1/4波片和检偏器,由光电探测器接收.理论分析表明该标定方法标定精度主要取决于检偏器的定位误差.实验验证了该标定方法的有效性,1/4波片快轴标定结果的最大偏差为0.043°,标准差为0.012°,标定精度为0.05°.     

基于空间同步移相的1/4波片相位延迟量测量误差分析

本文对基于空间同步移相的1/4波片相位延迟量的测量误差进行了分析。检偏器阵列的方位角误差是引起波片相位延迟量测量误差的主要原因。分析结果表明波片相位延迟量的测量误差跟波片的快轴方位角有关。当待测1/4波片的快轴方位角为45°时,其相位延迟量测量结果基本不受检偏器阵列的方位角误差影响。因此,空间同步移相技术不仅可以实现1/4波片相位延迟量的快速测量,还可实现精确测量。     

波片相位延迟量的测量与快轴的标定

本文提出用空心轴步进电动机带动待测波片调制输出光强,单片机控制步进电动机并同步采样输出光强的光电信号,通过USB接口将采样的光电信号数字量传给上位机,上位机根据步机电动机的时钟脉冲和采样光电信号,求出波片相位延迟的方法。同时提出利用已知四分之波片快轴标定待测波片快轴的新方法。对该方法的不确定度进行了分析。设计制作了实验装置,测量结果表明,四分之波片相位延迟测量的不确定度小于2°。     

相位延迟器复合旋光器技术及其应用

提出了一种将相位延迟器复合为旋光器的技术,利用米勒矩阵对其原理与应用进行了分析。相位延迟器复合为旋光器时,将相位延迟器置于两块1/4波片之间,使两块1/4波片的快轴相互垂直且与相位延迟器的快轴分别成±45°角。利用相位延迟器复合为旋光器技术,可以将相位调制器转换为偏振方向调制器。实验验证了相位延迟器复合为旋光器和相位调制器转换为偏振方向调制器的可行性。     

石英波片相位延迟随温度的变化行为

介绍了波片的相位延迟量随温度的变化行为,并提出一种测量相位延迟量的方法。由于温度的变化会对波片的相位延迟量产生影响,从而影响波片的使用精确度,为减小此影响,提高波片在不同温度下的使用精确度,需要对波片的特性进行分析。理论和数值地分析了石英波片的温度特性,得到石英波片的折射率温度系数和热膨胀系数的关系及折射率温度系数与波长的关系,为正确设计和使用波片提供参数选择依据。一块厚约1.8 mm的波片,对应波长632.8 nm,温度每升高1℃,其延迟量约减少1°。针对石英波片在不同温度下使用时的不足之处,提出一种测量方法(即电光调制法)用来测量波片的相位延迟量,当信号电压控制在±700 V时,其延迟测量精度可控制在1%以内。     

基于单偏振器的液晶相位延迟器光电特性

液晶相位延迟器(LCVR)是一种新型偏振器件,精确标定其光电特性是实现基于该器件的精密光学偏振测量的关键环节.通过建立探测光强与相位延迟值和器件方位角的数学模型,提出了一种基于单偏振器的测量新方法,可快速计算出不同电压作用下的LCVR本征轴方位角和相位延迟值.该方法具有测试结构简单、相位延迟测量过程无需机械旋转、全谱测量速度快的优点.此外,该测量结构便于集成在其它偏振测量结构中,实现LCVR的在线、实时标定.实验结果表明基于上述方法的测试系统,LCVR的相位延迟测量重复性优于5‰,本征轴方位角的测量分辨率优于0.1°.     

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。     

Modeling Transmission and Reflection Mueller Matrices of Dielectric Half-Wave Plates

We present a simple analytical model describing multiple reflections in dielectric and optically active waveplates, for both normal and slant incidence, including absorption. We compute from first principles the transmission and reflection Mueller matrices of the waveplate. The model is used to simulate the performance of a Stokes polarimeter for mm-waves, in the framework of current attempts to precisely measure the linear polarization of the Cosmic Microwave Background (CMB). We study the spectral response of these optical devices, taking into account band and angle averaging effects and confirm the presence of a much richer spectral dependence than in an ideal phase retarder. We also present the matrix elements for the reflection matrix, which is useful to estimate systematic effects in some polarimeter configurations. The formulas we have derived can be used to quickly simulate the performance of future CMB polarimeters.     

宽带光纤λ/4波片的温度特性

宽带光纤/4波片是一种特殊的变速旋转型双折射光纤。当其旋转速度由小到大逐渐增加时,可将输入的线偏振光转换为圆偏振光,同时具有理想的偏振变换带宽。结合全光纤电流互感器的光路模型,分析了宽带光纤/4波片的特性对互感器标度因数稳定性的影响。通过在邦加球上的轨迹,对宽带光纤波片快转端的本征态及两正交本征态间的耦合系数进行了实验研究,测量了其随温度的变化。实验结果表明,当波片转速变化曲线满足一定条件时,宽带光纤/4波片的温度效应对电流互感器标度因数稳定性的影响小于0.2%,远小于窄带光纤/4波片的影响。利用宽带光纤/4波片可有效提高光纤电流互感器系统的温度稳定性。     

消色差λ/4波片

让某一波长的λ/4波片和λ/2波片的两快轴的夹角成60°,组成复合λ/4波片,则该复合片在该波长附近是消色差的.     

波片带宽容限与延迟厚度关系探讨

本文所述带宽容限是对多级波片而言 ,即在某些限定条件下 ,波片允许的波长取值范围。文中结合波片设计及测量方法的分析讨论 ,对影响波片带宽容限的因素作了较详尽地探讨 ,给出了带宽的计算方法及带宽与延迟厚度关系的详细数据说明和图示。论文对从事窄带光相位调制工作者有一定的参考价值。     

云母、石英晶体三元组合式消色差延迟器设计

本文给出了一种利用云母、石英材料设计复合式消色差波片的方法。研制平行片状光相位延迟器最好的材料是云母和单晶石英,以此为基础设计成片状消色差延迟器。文中通过误差分析,工艺技术分析,对理论设计提出了改进意见,设计样品色散误差和延迟误差均可控制在５％以内。     

冰洲石晶体紫外波段偏光吸收系数的测试研究

为了研究冰洲石晶体在紫外波段的偏光吸收特性,制作了长、宽不相等的测试样品。利用双光路分光光度计,在测试与参考光路同时加入偏振方向相互平行的起偏棱镜,分别测量同一晶体不同长度的偏振透射光谱。通过消除光在晶体表面反射损失的影响,得到两只测试样品在紫外波段对o光、e光的吸收系数。在紫外波段同一冰洲石晶体中e光吸收系数小于o光,且波长越短差别越大;不同冰洲石晶体个体在紫外波段的吸收系数存在较大差异。结果表明,先对冰洲石晶体进行紫外偏振光谱测试,选出吸收系数小的晶体,是制作高性能紫外偏光棱镜的关键。     

Compensation for temperature dependence of Faraday effect in diamagnetic materials: application to optical fibre sensors

The temperature dependence of the Faraday effect in a diamagnetic material can be compensated for by varying the polarisation state of the light entering the material as a function of temperature. The authors demonstrate that this can be done automatically by exploiting the temperature dependence of a linear retarder (waveplate).<>     

Temperature stabilized and broadband fiber waveplate fabricated with a birefringent photonic crystal fiber

An all-fiber waveplate made by a piece of birefringent photonic crystal fiber (PCF) is proposed and studied in this paper. The characteristics of the proposed waveplate, including the wavelength dependent phase difference between the orthogonal polarized propagation mode in the waveplate, and temperature stability of the waveplate, were investigated theoretically and experimentally for the first time to our knowledge. Compared with the fiber waveplate made by the stress induced or the conventional geometrical shape formed (such as the elliptical core fiber) birefringent fiber, the waveplate based on the birefringent PCF has distinguishable advantages including high temperature stability and large bandwidth. A prototype quarter-waveplate is fabricated by cutting and splicing a segment of birefringent PCF with conventional single mode fiber. The measurement showed that the fluctuation of the ellipticity of the output light from the waveplate can be kept within ±0.23° for temperatures varying from 25 ℃ to 200 ℃, and the bandwidth for ellipticity larger than 43° can be as large as 70 nm.     

细水雾在大气窗口波段的光谱与谱带辐射特性规律

研究了细水雾在3~5m和8~14m这两个大气窗口波段的红外辐射特性规律。通过对光谱辐射特性规律的研究,发现光谱散射系数与光谱吸收系数近似以1/2光谱消光系数为轴成对称关系,并且随着细水雾均值粒径的增大,对称关系趋于明显;通过对谱带辐射特性规律的研究,建立了细水雾在3~5m和8~14m两个波段内谱带衰减系数的近似计算公式;经过误差分析发现,细水雾均值粒径大于20m时,该近似公式可以保证三种谱带衰减系数的相对误差不超过5%。