KDP晶体折射率非均匀性检测系统

基于正交偏振干涉法,建立了KDP晶体折射率非均匀性的检测系统,并可实现晶体相位失谐角的间接检测.波前检测系统实现了测试光偏振态的精密控制与切换,采用波长调谐相移的方法去除了测试过程中参考面倾斜引入的误差,优化了抗振动相移算法,提高了波前测试的测量准确度及重复性.通过折射率非均匀性分析算法的设计,解决了晶体厚度变化引入的误差等.小口径晶体元件的测试结果表明系统的折射率非均匀性检测准确度(均方根值)优于10~(-6).     

大口径KDP晶体折射率非均匀性检测

KDP晶体的折射率不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配,从而使得三倍频系统的转换效率下降。为了得到KDP晶体折射率非均匀性的高精度检测结果,基于正交偏振干涉法,采用ZYGO MST大口径干涉仪,测量得到了大口径KDP晶体折射率非均匀性分布,其测量精度达到10-7,并通过实验研究了晶体面形对测量结果的影响。对晶体e光折射率非均匀性的高精度检测,为大口径晶体材料生长工艺、加工工艺等改进和提高提供了定量的检测依据。     

基于扩展平均的多步相移算法及误差抑制特性比较

为满足移相干涉测量中纳米甚至亚纳米高准确度检测要求,需采用对误差敏感度更低的相移算法.基于扩展平均技术,在传统4步和3步算法的基础上分别推导了A类和B类5~13步相移算法公式,以5、6、7和13步算法为例,通过仿真及数值计算,比较了两类算法对相移器移相误差及CCD非线性误差的抑制特性.结果表明:同类算法下,步数越多的算法,对这两项误差的抑制效果越好,但达到一定步数后对测量的影响可以忽略;B类算法具有增强的移相误差抑制能力,在相移不准情况下可优先选用B类算法;A类算法对CCD非线性误差几乎完全免疫,而B类算法受一定CCD非线性误差影响,但对大多数高准确度CCD来说,其在常规检测中的影响可以忽略;由相移噪音引入的随机性测量误差的极大值要略大于相移噪音本身,且不同算法对相移噪音的抑制效果差别不大,因此相移噪音对测量的影响不可忽略.文中给出了不同误差影响下各算法引入波面检测误差的比较数据,研究结果可为实际干涉测量中最适相移算法的使用和选用提供理论指导及数据参考.     

多步相移中被测件径向相移不均匀引入误差比较及校正

不同步数相移算法下被测件径向相移不均匀引入的误差不同,对测量的影响也将不同。基于点衍射干涉测量光路,构建了误差分析模型,以5、6、7和13步相移算法为例,对不同相移算法下被测件径向相移不均匀引入的移相误差进行了分析,并将该移相误差的影响引入到实际干涉测量模型中,进一步分析比较了该误差对最终面形检测结果的影响,进而提出了一种基于误差预估计的多项式误差校正新方法。研究结果表明,相移算法步数越多,被测件径向相移不均匀引入的面形检测误差越大,误差均呈类抛物面分布;最终面形检测结果经Zernike多项式拟合消离焦项后已等同于进行了二次多项式校正,对于数值孔径为0.3以下的被测件,经二次多项式校正后该误差对测量的影响基本可以忽略。     

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.     

两步相移数字全息物光重建误差分析与校正

系统研究了两步相移数字全息干涉术中相移误差引起的波前再现误差的计算和校正方法. 基于衍射物光相位分布的随机性和振幅相位的相互独立性原理,介绍了相移数字全息中物光波前再现误差的表达形式,推导出步长为π/2的两步算法中物光重建误差的表达式. 通过进一步分析这一重建误差的结构和特点,结合物光表达式,给出了自动校正相移误差引起的波前重建误差的校正方法. 该方法无需增加测量,在未知相移误差大小的情况下,只对标准两步相移算法恢复的物光复振幅进行处理就可以实现对物光振幅和相位的同时校正. 计算机模拟结果表明,校正后可将 关键词： 相移干涉术 数字全息 物光重建 误差校正     

非偏振分光镜对外差干涉仪非线性误差的影响

除了激光源、偏振分光镜（PBS）和波片等偏振器件之外,非偏振分光镜（NPBS）也是外差干涉仪中重要的非线性误差源。研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对非线性误差的影响。采用p、s分量透射比、反射比、反射相移和透射相移共同表征NPBS的退偏效应,并逐项分析了其非线性误差模型。如果入射光束为理想线偏振光,则只有NPBS的反射相移和透射相移影响测量精度。如果入射光束存在偏振椭圆化和非正交,则NPBS的方位角、透射比和反射比、相移等参数的变化都会引入非线性误差,误差曲线的斜率受椭圆率和非正交角的影响。因此选用不同的激光源,同一个NPBS产生的非线性误差大小不同,一般可达几个纳米量级。为了实现纳米/亚纳米级精度的外差干涉测量,选择性能稳定的NPBS,特别是NPBS退偏效应与激光源输出偏振态之间的匹配非常重要。     

FBG分布式非均匀应变重构准确度分析研究

以剥层算法为基础,分别从非均匀解调应变大小、重构算法的特征参量以及光栅初始结构参量等对光纤布喇格光栅应变重构准确度的影响进行相关研究分析.结果表明:工作长度为5~30mm的光纤布喇格光栅最佳应变解调在3 000με以内,在该应变解调范围内,保持光栅剥层的分层长度为0.1mm左右时,应变重构准确度和效率较优,折射率调制幅度越小,应变重构误差越小;同时,对于非均匀应变检测使用的强光栅,折射率调制幅度约为0.000 12时,应变检测结果最好.本文的研究结果对提高非均匀应变的重构准确度具有重要的指导意义.     

相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性. 关键词： 光纤Bragg 光栅 法布里-珀罗腔 耦合模理论     

用严格耦合波分析法测试周期极化LiNbO_3晶体畴结构

为了无损表征周期性极化晶体的畴结构,用严格耦合波分析法分析了周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比.以波长为532nm,功率为20mW的连续激光器为光源,TE偏振光垂直入射周期性极化的铌酸锂晶体表面,同时对晶体施加电压以改变其正负畴间的折射率差,通过光电探测器检测各衍射级的衍射效率.使用最小二乘法将光电探测器记录的实验数据与严格耦合波分析模拟的结果进行优化拟合,反演出晶体的周期和占空比.测试结果表明,该方法能准确地测试周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比,其周期的测试准确度为0.05μm,占空比的测试准确度为0.05.比布喇格衍射公式计算的晶体周期准确度提高一个数量级.     

干涉仪系统传递函数测量及影响因素的分析

波前功率谱密度(PSD)被用于评价惯性约束聚变(ICF)激光驱动器光学元件中频段的波前误差。干涉仪对PSD较高空间频率分量的测量存在失真效应,可通过干涉仪系统传递函数(STF)的检测标定来获得真实的波前PSD分布。采用台阶板位相比较法测得大口径菲索相移干涉仪检测系统在透射和反射检测情形下的传递函数。对传递函数测试算法进行了比较分析,明确了干涉仪系统zoom倍率的改变等因素对传递函数测量的影响,为波前PSD的准确检测奠定了基础。     

反射式光学电压互感器光路建模及偏振误差分析

光路系统的偏振误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器的准确度.借助琼斯矩阵,建立了分立光学器件及光纤熔接点的传输模型,推导出完整的电压互感器光路系统的数学模型.以此模型为基础,对电压互感器中的偏振误差进行了仿真分析.结果表明：光源偏振度、起偏器消光比及起偏器与相位调制器的对轴角度主要影响系统的检测灵敏度|法拉第准直旋光器的旋光角度、法拉第准直旋光器与BGO晶体的对轴角度误差是主要的偏振误差源,影响系统的测量准确度及稳定性|根据电子式电压互感器IEC60044-7 0.2S级标准,法拉第旋光角度误差应该小于1.6°,旋光器与BGO晶体对轴角度误差小于1.85°.该研究对准互易反射式光学电压互感器光路设计和误差抑制具有一定的参考价值和指导意义.     

基于多步相移法和偏振干涉光学层析光路的三维温度场测量

温度场的精密测量对机械、航空航天、生物医学、食品化工、电力、能源和环境等诸多行业都有重要意义。提出了一种基于多步相移法和偏振干涉光学层析光路的三维温度场测量方法。首先,结合马赫-曾德尔干涉光路结构与光学层析技术设计偏振干涉光学层析测量系统,并利用偏振器件的旋转实现多步相移以实现高精度信号检测。然后,通过指数型滤波反投影算法还原得到被测介质的三维折射率分布,进而获得三维温度场分布。最后,推导了测量公式并搭建了实验系统。误差分析表明,现有实验条件下的系统测量不确定度约为0.8℃。测量实验和比对结果表明,所测得的温度场与实际情况吻合,与铂电阻温度计的标定温度比对结果小于2℃。     

KDP晶体折射率不均匀性对三倍频转换效率的影响

 采用正交偏振干涉测量法获得了典型的快速(RG)和传统(CG)生长的KDP晶体折射率空间分布，数值模拟了倍频晶体固定失谐角分别为0和220 mrad时晶体折射率不均匀性对高功率三倍频光转换效率的影响。结果表明：快速生长晶体的折射率不均匀性的均方根约为传统生长晶体的6倍；三倍频转换效率在低功率密度下对折射率不均匀性不敏感，在高功率密度下尤其是转换效率较高时很敏感；当混频过程中的二倍频光不过剩时，在晶体折射率变化对三倍频效率的影响方面，倍频晶体比混频晶体严重；目前国产的传统生长晶体可以满足高功率三倍频实验要求。     

电光材料调制误差对平行光束干涉投影的影响

为研究电光材料调制误差对干涉条纹质量的影响,建立了电光晶体对干涉条纹的成像模型,分析了晶体折射率、平面度与波前调制的关系及其非理想情况下的条纹成像特征。实验表明,晶体折射率的畸变会使干涉条纹变形,折射率离散化阶数直接造成投影条纹的高次谐波成分,甚至使投影条纹严重失真;在折射率线性增长的情况下,晶体平面度在0.1 μm的范围内也会引起干涉条纹畸变。     

点衍射球面检测中的斜反射波前像差校正

针对高精度点衍射球面检测系统中金属反射介质的偏振效应,分析了不同偏振态光束在不同孔径角范围情况下所引入的斜反射波前像差.通过数值仿真,对金属反射介质所引入的斜反射相移曲线特征进行了分析,并以此为基础,提出了相应的斜反射波前像差校正方法.利用高精度球面检测中点衍射干涉仪对所提出的校正方法进行了实验验证,并给出了相关实验结...     

法拉第效应非互易性验证实验中的菲涅耳效应

通过改变入射光的偏振特性和入射角度研究了菲涅耳效应对法拉第效应非互易性观测的影响.实验结果表明:含普通半透半反镜的光路中菲涅耳效应给偏振方向的准确观察带来误差,误差大小由反射界面折射率、入射角以及入射光偏振方向共同决定,结合实验结果,提出了非互易性验证实验的改进方案.     

相移干涉仪中探测器非线性误差及其补偿

通过对多个相移算法的理论分析和数值模拟,发现探测器的非线性响应在相位中会引入2倍空间频率的系统误差。结果表明,非标准相移算法随着探测器非线性度的增加,相对误差也越来越大。提出了压电陶瓷驱动器的移相误差和光电探测器的非线性误差相互抵消的误差补偿技术,并给出了判别误差匹配有效性的实用判据。仿真表明,这种误差补偿技术可以使测量误差减小约一个量级。证明了在不考虑波前幅度信息时,标准相移算法对光电探测器的非线性为零响应,不影响仪器精度。     

模拟退火算法在无端偏振控制器中的应用

构造了由四个相移范围在0~2π的电光晶体波片组成的偏振控制器,利用模拟退火法作为其反馈控制算法.仿真计算表明,该偏振控制器是无端的,在较优的控制参量下,其输出的偏振态是稳定的,光强波动小于1%.对于四波片偏振控制器,模拟退火算法的控制参量研究表明,为得到较佳的控制效果,可把内外循环次数各限制为3次,以减少处理器时间;其初温T0应取在0.1附近;温度更改常数p宜取在0.2左右;状态产生常数s对输出的稳定性影响最大,仿真说明设在 0.005~0.01间为好.     

液芯高双折射率光子晶体光纤的特性研究

设计了一种纤芯区域由中心椭圆缺陷孔和其横排的上下两侧椭圆孔组成的高双折射率光子晶体光纤,并在其纤芯中心椭圆缺陷孔中填充高折射率液体物质二硫化碳.利用有限元法分析了该光子晶体光纤的双折射率、功率限制因子、模场分布及色散系数特性.研究结果表明:液芯光纤具有较高的纤芯功率限制因子,在波长0.6~1.6μm范围内实现了宽带大负色散系数,在波长1.55μm处光纤双折射率达到了6.8×10-2,即该结构液芯光子晶体光纤同时实现了宽带大负色散和高双折射率特性.通过结构参量容差性分析得到该光纤具有较好的偏振稳定性.