基于微梯形弹光晶体的大光程差PEM研究

针对目前基于弹光调制器(photoelastic modulator，PEM)的傅里叶变换光谱测量技术(PEM-FTS)的光谱分辨率低，并且PEM调制光程差有限、多次反射对入射光斑大小要求高且光能利用率低等缺点。提出一种基于微梯形八角结构弹光晶体的大光程差PEM方法。通过改进弹光晶体结构，使其为微梯形八角结构，两个通光面略微成一定夹角，该结构PEM不仅可以有效提高PEM调制的最大光程差，而且对入射光斑要求较小。理论推导分析了该PEM的最大调制光程差，并推导得出任意角、任意位置入射时PEM的最大调制光程差公式;通过多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics 4.3a对PEM的振动模态和应力分布进行分析;结合PEM的最大调制光程差和光能利用率，分析了寻找最佳入射角的方法。设计加工该PEM，其中弹光晶体选用硒化锌晶体，压电晶体选用压电石英晶体。采用波长为632.8 nm的氦氖激光进行实验分析，实验结果显示，在相同驱动电压下，该PEM的最大调制光程差是普通PEM的19.25倍，与理论仿真的相对误差为1.3%。