椭偏法测量云母波片相位延迟量及双折射率

为了得到云母波片的相位延迟量和双折射率随波长的变化关系,利用椭偏光谱仪连续测量了云母波片在400~770 nm光谱范围内的延迟量.在对云母波片进行校准后,测量的数据被光电探测器收集并输送到计算机,根据输出的数据可以得到云母波片的相位延迟量随波长的变化.利用测得的延迟量计算出了云母波片在一定光谱范围内的双折射率,得到了云母波片的双折射率色散曲线,并通过拟合得到了双折射率色散公式.该方法能测量任意波片的相位延迟量,并且具有测量方便、周期短、精度高等特点.     

双折射晶体相位延迟片的延迟量色散性分析

为了分析双折射晶体相位延迟片(即波片)的延迟量色散性质,由晶体已知的折射率数据,拟合得出光线垂直入射不同双折射晶体波片的相位延迟与波长的关系式。在此基础上针对几个常用设计波长和选定级数的波片,利用MATLAB软件拟合,得到入射光波长与波片相位延迟量的变化关系曲线。结果表明,不同双折射晶体波片其消色差特性具有很好的一致性,其原因在于晶体双折射率色散的一致性;同一设计波长的波片,其消色差效果随着波片级数的增加而变差;而对于相同的级数,设计波长越长其波片的消色差效果越好,且随波长增加,波片的消色差效果变好具有线性关系。     

菱体型消色差相位延迟器延迟相位的方位效应

菱体型相位延迟器是高度消色差的λ/4相位延迟器.由于材料折射率色散的影响,在可见光范围内,仍存在2°的延迟偏差.为满足精确应用和测量的需求,从相位延迟的全反射相变理论出发,阐述了斜入射相位延迟原理,以菲涅耳菱体为例,分析了菱体型相位延迟器相位延迟随其入射角变化的规律性,结果表明:当光线非严格准直时,光的入射角对相位延迟量有明显的影响,延迟量不但对入射角变化敏感,而且还与入射光线的入射方位密切相关,呈不对称形式.当入射光的波长改变时,只需改变菱体延迟器的方位,让光线在菱体的前端面上斜入射,适当选取入射角,就可以补偿相位延迟的色散偏差,使同一菱体达到对不同波长都满足λ/4相位延迟.当角度调整精度Δi=±0.01°时,引入的延迟偏差不超过±0.009°,这一精度是其它石英波片或云母波片所不能比的.     

云母晶体双折射率色散特性的研究

针对云母晶体材料本身性质所决定的双折射率色散关系不一致性,给波片设计带来非常不利的影响,提出偏光干涉法研究云母的色散特性.即由分光光度计测量出云母晶体的偏光干涉谱,通过对干涉谱极值点所对应波长的精确判断,准确计算出极值点的最大双折射率,获得从紫外至近红外光波段云母晶体的双折射率色散曲线,经多项式拟合数据处理,得到任意波长的双折射率色散公式.为求解不同温度任意波长的云母晶体双折射率提供了一种精确简单的方法,对云母晶体器件的设计与使用有重要的理论依据和参考价值.     

1/4波片延迟量的相位调制椭偏测量法

利用椭偏测量术中的相位调制椭偏测量原理测量了1/4波片的延迟量。该方法预先对测量光束的偏振态进行调制,以生成随时间变化的光强信号,通过对信号中的谐变成分进行分析而获得待测波片的延迟量。测量了四个波片,其中三个波片的延迟量已经用电光调制法精确测量过,经对比测量的结果符合较好。观察到了和理论相符的云母波片延迟量的振荡现象。实验结果说明这种方法是一种有实际意义的方法。     

测量任意波片相位延迟量的简便方法

为了更方便的测量待测波片的相位延迟量,提出了简便易行的测量任意波片相位延迟量的方法,无需标准1/4波片,而且还可以利用一套实验系统同时测量2个未知波片的相位延迟量,并从理论上推导出了通用测量公式,从实验上进行了实际测量.     

基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法

提出了一种基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法,利用米勒矩阵对其进行了理论推导和误差分析。测量光路包括激光器、起偏器、光弹调制器、被测波片、检偏器和光电探测器,利用探测信号的归一化基频分量和二次谐波分量精确计算出被测波片的相位延迟量。该方法能测量紫外到红外光谱范围内任意相位延迟量的波片,误差分析表明其误差小于0.05°。实验验证了该测量方法的有效性,波片相位延迟量的重复测量精度为0.0048°。     

基于双弹光级联差频调制的波片参数测量研究

为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试,提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联,构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中,采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项,然后完成波片全部参数求解。按照原理分析,搭建了实验系统,并完成了系统初始偏移值定标,完成了632.8 nm的1/4波片,532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明,本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°,角度测量标准偏差为0.02°;波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10^-4 rad,单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散,根据检测激光波长下测量的相位延迟量,进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm,延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量,可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。     

四区域法消除偏振棱镜缺陷对波片相位延迟测量的影响

在起偏器-待测波片-检偏器系统基础卜提出一种四区域测量波片相位延迟量的方法.调整待测波片和检偏器的方位角,获得相应的四组光强值,通过线性运算得到待测波片的相位延迟量,完全消除了起偏器和检偏器不完全消光带来的误差.由于测量系统中不存在标准波片或其他相位调制元件,允许测量波长仅受偏振棱镜和探测器的限制,因此四区域法可适用于很大波长范围内的波片测量.以λ/4波片为例,理论分析了测量系统利用四区域测量法后的仪器误差为σφ≤士3.49065×10-3rad(约0.2°),精度比原算法提高约1个数量级.实验验证了四区域法能有效提高系统精度.     

利用自发四波混频测量光子晶体光纤色散

使用脉宽为1.6ps的脉冲光抽运0.6m长的光子晶体光纤,测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱,并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1nm的步长,在1037～1047nm的范围内变化时,通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱,从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合,得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949μm和29.52%,并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示,曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。     

石英波片偏光干涉谱的研究

根据石英晶体双折射率的色散特性,对石英波片的偏光干涉谱进行了理论分析和数值模拟,提出了一种石英波片延迟量和厚度的偏光干涉标定法。即由偏光干涉谱,可以得出石英波片在200~2000 nm宽光谱范围内的延迟量;通过对长波段的偏光干涉谱极值波长的精确判断,可以准确地计算出该石英波片的厚度。利用Lambda900紫外-可见-近红外分光光度计对一片石英波片的偏光干涉谱进行了测量。在波长精度为0.1 nm的情况下,测量的厚度精度为0.1μm。误差分析结果表明,通过提高光谱的最小分辨力及选择较长的光谱波段进行测量计算,可以有效地降低误差。     

Polarization-maintaining fiber-based optical low-coherence reflectometer for characterization and ranging of birefringence

We describe a polarization-maintaining fiber-based polarization-sensitive optical low-coherence reflectometer for measurement of depth-resolved birefringence. Unlike for other fiber-based polarization-sensitive optical low-coherence reflectometers, here the linear birefringence of a sample can be measured from data recorded in a single A scan. Simultaneous measurement of retardation and orientation of birefringent axes with mica wave plates is demonstrated. The measured retardation is insensitive to sample rotation in the plane perpendicular to ranging.     

Application of multiple-beam white-light fringes for measuring the refraction and dispersion of mica

Multiple-beam white-light interference fringes are applied to measure the two refractive indices of a mica sample and their dispersion across the visible spectrum. In addition, the mica birefringence and its dispersion are measured. A mica sample of dimensions 2 × 5 mm² and an immersion liquid of nearly the same refractive index are used. Only a single shot interferogram is needed to measure all the aforementioned parameters. Cauchy's and a modified single-term Sellmeier dispersion formula are used for fitting the experimental data and extracting the parameters required.     

Spectral technique for measuring phase retardation of a wave plate

We present a technique and algorithm for measuring the phase retardation of a wave plate based on spectral transmission curve. Through accurately extracting the intersection points' wavelengths from the spectral transmission curve, the effective phase retardation, absolute phase retardation, order, and physical thickness of the wave plate can be measured simultaneously in a wide spectral range. Experimental results show that the proposed technique has many advantages, such as higher data utilization, simpler extraction algorithm, and no strict requirement for the directions of transmission axes of the polarizer and analyzer, and the fast axis of the wave plate.     

Wavelength dependence of the phase retardation of a quarter-wave plate

We describe an optical heterodyne polarization interferometer that can be efficiently used for the precision measurement of the change in the state of polarization of a light wave induced by polarizing optical devices. This technique is used to measure the change with wavelength of the phase retardation of a quarter-wave plate. A theoretical derivation is presented to permit computation of the wavelength dependence of the phase shift induced by a quarter-wave plate.     

偏振相机的透明元件应力测量北大核心CSCD

应力检测对光学元件的制造和使用意义重大。基于应力双折射原理,提出了一种利用偏振相机测量应力分布的方法。根据Stokes矩阵和Mueller矩阵推导出应力值及应力方向计算公式,并对影响系统测量精度的主要误差进行了理论分析。为验证方法的可行性,搭建了一台测量应力分布的装置。使用该装置测量一块633 nm的四分之一波片,测得其误差为0.86 nm。进一步测量,得出一块车灯透镜的全场应力相位延迟量与应力方向图,利用所测相位延迟量计算出透镜中心区域的应力双折射值为9.21 nm/mm、主应力差为2.45 MPa;利用符号规则调整了透镜的应力方向,结果符合应力连续性原则。该方法测量应力分布时无需旋动光学元件,可实现应力延迟量及应力方向的实时测量。     

有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤传输特性研究

基于超格子构造法,采用全矢量模型研究了具有中心缺陷孔的椭圆光子晶体光纤的传输特性。着重讨论了中心缺陷孔对光纤中基模的模场分布、双折射特性和色散特性的影响。研究表明：与椭圆孔光子晶体光纤相比。由于中心椭圆缺陷孔的引入,使该光纤具有更高的模式双折射。光纤的传输特性对光纤的结构参量和波长具有较强的依赖关系。随着波长和中心缺陷孔的增加。双折射将增大,其模式双折射在10^-3量级。改变光纤的结构参量,可以获得超宽带的色散平坦或异常的色散特性。分析结果显示,当中心孔的尺寸de／D=0．4时。在波长1．55μm附近,可获得近400nm的色散平坦区。     

Measurement of birefringence in integrated optical waveguides by use of a microwave-modulated optical wave

We present a technique for measuring birefringence (B) in integrated optical waveguides by use of a microwave-modulated optical wave. It is shown that the technique is able to yield an accurate measurement of birefringence. In addition, an approximate estimate of birefringence dispersion (dB/dlambda) can be achieved by means of tuning the wavelength of the light source and measuring the dependence of the birefringence on the wavelength. As an example of the use of the technique, we show how to evaluate an innovative Ti:LiNbO (3) waveguide. The results show that such a Ti:LiNbO (3) waveguide has a birefringence of 0.0783+/-0.0001 and a birefringence dispersion of 0.05+/-0.01mum (-1) when the optical wavelength is approximately 1.560mum .