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.     

基于双光束检偏的波片测量系统

大口径太阳望远镜中常用波片来进行偏振定标和偏振测量,为了对这类波片的延迟量和方位角进行准确测量,提出一种基于双光束检偏的波片测量系统,建立了该系统对应的数学模型。测量系统中检偏器的方位角可作为参数进行拟合,克服了单光束测量系统中检偏器方位角误差的影响;同时,根据测量系统的结构,对待测波片的延迟量范围进行分析,实现了对偏振定标和偏振测量中所使用波片的精确测量。分析了测量系统误差的主要来源,包括光源光强噪声、电机定位误差和探测器非线性响应,并对探测器非线性响应进行了校正。该方法测量1/4波片和127°波片的延迟量和方位角误差小于0.02°,测量27°～145°和215°～333°范围波片样品的延迟量和方位角误差小于0.05°。     

1/4波片相位延迟分布的动态测量

通过密勒矩阵和斯托克斯参量法对一种1/4波片的相位延迟分布的测量模型进行了推导,并设计出一种空间分光移相器,取代一般测量系统中的检偏器,使得系统能于瞬间同时采集四幅具有90°移相步长的干涉图,避免了环境振动对测量的影响,从而可以对1/4波片的相位延迟分布进行动态在线测量.对一个实际标称波长632.8 nm的1/4波片进行了测量,结果显示其平均延迟量为149.36 nm,且接近75%部分其相位延迟误差在5 nm之内,显示出较好的延迟均匀性.     

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.     

椭偏法测量云母波片相位延迟量及双折射率(英文)

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400～770nm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.     

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.     

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。     

基于激光回馈的波片在盘位相延迟测量系统

 利用激光回馈测量波片相位延迟精度高的优越性,以激光回馈技术为基础,实现光学波片的在盘测量,即在加工过程中,波片光胶于光胶盘的状态下测量波片位相延迟,以提高波片生产效率和成品率。采用凹面镜作为回馈镜以提高回馈信号调制深度,对激光回馈内、外腔长进行稳定,提高了系统可靠性;研究了波片与光胶盘光胶对波片测量的影响,提出并验证了在光胶盘上开孔,在打孔的光胶盘上光胶、加工、测量波片的新工艺,最终实现了波片在盘测量,测量长期重复性优于1°,经过激光频率分裂系统校正后,系统精度优于0.5°。     

分振幅型全Stokes同时偏振成像系统波片相位延迟误差分析

分振幅型全Stokes同时偏振成像仪具有实时性好、空间分辨率高、精度高等优点,有很高的应用价值.分振幅型全Stokes同时偏振成像系统利用偏振分束器、1/2波片和1/4波片将入射光Stokes矢量调制在4幅图像中,可解析入射光Stokes矢量. 1/2波片和1/4波片的相位延迟误差对Stokes矢量测量精度有着不可忽略的影响.建立了包含上述两种误差的Stokes矢量测量误差方程,分析了1/2波片和1/4波片相位延迟耦合误差对自然光、0°/45°线偏光、左旋圆偏光等典型基态入射光的Stokes矢量测量误差的影响,推导了任意偏振态的Stokes矢量测量误差的表征方法.在邦加球球面和球内选取不同偏振度的Stokes矢量作为入射光进行仿真.结果表明, Stokes矢量测量误差和偏振度测量误差均随着入射光偏振度的增大而增大.选取入射光偏振度为1时的偏振测量精度评估系统.为满足2%的偏振测量精度, 1/2波片相位延迟误差应在±1.6°内, 1/4波片相位延迟误差应在±0.5°内.这对提高系统的偏振测量精度具有重要意义,为系统设计和研制提供了重要的理论指导.     

基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量

波片精度对偏振光学系统性能有着重要的影响,故需要对其相位延迟量和快轴方位角进行高精度测量。提出了一种新型基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量方法,采用双频激光外差干涉光路,利用一个可旋转半波片和一个角锥反射棱镜测量待测波片,可实现任意波片的相位延迟量和快轴方位角的高精度同时测量。所提方法不受波片、偏振片等双折射器件的方位角精度的影响,从原理上避免了该类系统误差。所设计的系统具有共光路结构,测量稳定性高,信号处理采用相位检测方式相对于一般的光强检测方式测量精度更高。此外,所设计的测量系统中元件很少,结构简单,测量过程快捷。误差分析表明,在现有实验条件下,测量系统的波片相位延迟量的测量不确定度约为3.9′,快轴方位角的测量不确定度约为5′′。实验比对结果表明,所提方法的测量结果与其他方法测量结果的一致性很好。重复性测量实验表明,测量结果的标准偏差约为2′。     

精确标定光弹调制器的新方法

针对现有光弹调制器标定方法的不足,提出了一种精确标定光弹调制器的新方法。首先利用起偏器、波片、光弹调制器和检偏器构成标定光路,通过寻找探测信号基频分量的极大值进行粗略标定,使光弹调制器的峰值延迟量处在1.841rad附近。然后撤走波片形成光弹调制器的精确标定光路,在检偏器旋转90°前后获得探测信号的直流分量和二次谐波分量。最后利用这两种探测信号的直流分量和二次谐波分量精确地计算出光弹调制器的峰值延迟量。实验验证了此光弹调制器标定方法,实验结果表明其标定误差仅为0.7%。在此光弹调制器标定方法中,光弹调制器的标定精度和入射光强、电路参量无关。同时,标定要求的峰值延迟量小,非常适合于光弹调制器在其使用波长范围长波段的标定。     

红外波片相位延迟的测试方法及精度分析

通过全面分析光强随波片方位角的变化从中优化出可适用于红外波段的确定波片延迟的方法。此方法只需读取输出光强的最大值和最小值,通过简单运算得到所测波片的相位延迟。以此为理论基础,建立了一套红外波片检测系统,此系统使用元件的数量较少,操作简单,重复性好,易于得到较高的测试精度。此外,从系统光源、光学元件到接收器件等组成部分分析了整个系统中各种误差源对测试精度的影响。结果表明,该系统的检测精度与波片延迟有关,并给出其关系曲线,由该曲线可知,当所测波片的延迟大于40ο时,该系统的仪器相对误差在1%之内,对于常用1/4和1/2波片,仪器相对误差分别为0.2%和0.01%。该检测系统的测试精度在可见和近红外波段基本保持不变。     

相位延迟器在四频激光陀螺中的应用研究

介绍了典型相位延迟器1／4波片和90°相位延迟膜的工作原理,定义了四频激光陀螺输出信号解调信噪比,分析了相位延迟量对其造成的影响,并就此结果进行了MATLAB仿真。从两种相位延迟器的工作原理出发,阐述了温度、入射角、入射光波长等因素对两者相位延迟量的影响。结合激光陀螺在实际应用中的要求,对两者进行了比较,并得出结论：90°相位延迟膜更适合作为四频激光陀螺输出解调系统中的相位延迟器。     

可变可转单波片偏振控制器研究

基于PLZT波片的相对相位延迟量可变性和其折射率椭球主光轴的可转性,提出后反馈单个PLZT可变可转波片偏振控制器.采用模拟退火算法进行扰动寻优,仿真结果显示这种控制器是有效的：能将任意输入偏振态转换为稳定的线偏振光而其光强达到总光强的98%以上,在控制过程中相移能在限定范围内变化,避免了由复位重置可能引起的波动.     

Self-spectral calibration of a compound zero-order waveplate at blind rotation angles

A blind-angle calibration method is introduced for self-spectral calibration of a compound zero-order waveplate. By rotating the waveplate at blind detection angles, the wavelength-dependent retardance and the orientation of the effective fast axis can be determined through iterative least-squares calculations of the spectra measured by a multi-channel spectrometer. Excellent agreement between the experimental values and the theoretical values is achieved, indicating that the new method can be used as a reliable way to calibrate compound zero-order wave plates. Using the new method, there is no need to rotate the waveplate at specific detection angles. A high-precision waveplate holder or complex adjustment procedure is not required.     

Polarization eigenmodes of a QHQ retarder — some new features

A detailed analysis of the polarization eigenmodes of a QHQ retarder (a half-wave plate sandwiched between two identical quarter-wave plates) is presented. These are shown to be discontinuous as a function of the orientation of the half-wave plate, as a function of the wavelength of incident light and as a function of the retardation of the middle waveplate.     

Two novel polarization transformers using rotatable waveplates

Two novel polarization transformers, quarter-quarter-half and half-quarter-quarter, comprising two-quarter waveplates (QWP) and a half waveplate (HWP) realizing transformation between arbitrary states of polarization (SOP) are investigated using a geometry method in this work. The expressions of azimuths of each waveplate in two polarization transforms are derived in Stokes space. Compared to the matrix treatment methods, the geometry method proposed in this paper is simple and explicit.     

A CCD-based polarization interferometric technique for testing waveplates

A CCD-based polarization interferometric technique is developed to test waveplates. A Babinet compensator is used to produce interference fringes for polarized input and the retardance introduced by the waveplate when inserted in the optical beam is calculated from the fringe shifts using the phase matching technique. A theoretical model is fitted with the observed fringe shifts to get an accuracy of 0.5° in the retardance calculation. The experimental set-up and the measurement of retardance for zero-order and high-order quarter waveplates are discussed. The retardance calculation for a zero-order waveplate is found to be more accurate than the high-order waveplate. This technique can also be used to measure an arbitrary amount of retardance produced by any birefringent waveplate and also to determine its optic axis direction.     

Birefringent filter with amplitude beats

In this work, we show a very simple birefringent filter useful to modulate a broadband light spectrum. We first show the generation of various oscillating spectra using two identical multiple-order waveplates. In particular a sinusoidal broadband spectrum with a rapid oscillation is obtained. This spectrum is amplitude modulated by adding another waveplate to the system. This waveplate has a small phase shift, and with the proper orientation generates amplitude beats on the broadband spectrum. Finally, we show how this system can be voltage controlled by means of a ferroelectric liquid crystal modulator. We experimentally demonstrate this behavior with the aid of a portable spectrophotometer, and we provide a theoretical explanation on the basis of the Jones matrix formalism.     

Error analysis and optimal design of polarization calibration unit for solar telescope

Polarization calibration unit(PCU) has become an indispensable element for solar telescopes to remove the instrumental polarization; the polarimetric accuracy of calibration depends strongly on the properties of PCU. In the paper, we analyze the measurement errors induced by PCU based on polarized light theory and find that the imperfections of the waveplate generate the main calibration errors. An optimized calibration method is proposed to avoid the effects from waveplate imperfections, and a numerical simulation is given to evaluate the polarization accuracy by analyzing the relation between calibration error and intensity instability. The work is very important for solar telescopes with high polarization precision up to 10~(-4) I_c.