波片对斜入射光波产生相位延迟的两种计算方法

作为常见的偏振光学元件之一的波片,如1/4波片、1/2波片和全波片,被广泛应用于高数值孔径(NA)成像系统(偏光显微镜和浸没式光刻机)的偏振检测技术中。随着系统NA的日益增大,正确分析和精确计算大角度斜入射光波经过波片后产生的相位延迟变得至关重要。目前的分析方法主要是基于电磁波传播理论和光线追迹法两种。由于前人在使用上述两种方法时,不仅计算过程较为复杂,没有最终表达式,而且计算结果存在较大的差异。首先推导波片中e光波法线的折射率表达式,然后再推导e光光线的折射率表达式,最后分别利用电磁波传播理论和光线追迹法导出斜入射光波通过波片后的o光与e光之间的相位延迟。计算结果显示,利用这两种方法得到的相位延迟最终表达式完全一致。准确地描述了波片的相位延迟特性,为波片的设计和误差分析提供了严格的理论依据,具有重要的理论意义和应用价值。     

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.     

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.     

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°。     

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.     

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′。     

基于多光束混合外差干涉的相位增强技术研究

激光外差干涉测量技术是微振动探测的重要手段,随着微纳应用的拓展,人们对精密测量系统的相位检测灵敏度提出了更高的要求.传统提高测量灵敏度的方法有优化外差干涉系统方案、改进相位重建算法和降低关键器件噪声等.本文提出了一种多光束混合干涉的相位增强方法,经过理论推导和实验验证得到如下近似条件:校正光与信号光的初相位相差πrad情况下,两光束的功率越接近,系统对目标的弱振动振幅响应越大.实验设计的两光束功率相差1%时,观察到了最大146倍的增强效果,该方法在微振动物体高灵敏度测量上具有较大的应用价值,在现有器件指标和相位解调算法不变的基础上可大幅提高外差干涉测量系统的探测能力.     

基于双弹光差频调制的中红外波片相位延迟高精度测量

提出了一种基于双弹光差频调制的中红外相位延迟精确测量方法。通过两个硒化锌型弹光调制器(PEM)的差频降低系统调制频率,产生载有被测相位延迟的低频调制信号,调制后的1倍差频幅值和2倍差频幅值相除可求得被测波片的相位延迟。该方法可有效抑制光强波动及PEM相位延迟波动对测量的影响,提高测量精度。对测量原理进行了理论推导,设计了硒化锌型PEM和实验系统。实验结果表明,相位延迟测量误差不大于0.004%,灵敏度可达5×10~(-4) rad。     

纳米精度外差干涉仪非线性漂移的研究

在纳米精度外差干涉仪中，由于非线性温度漂移，成为外差干涉仪实现纳米精度测量的重要误差源。本文对差动干涉仪的理论分析得出如下的结论，干涉仪中除了测量光路和参考光路以外，还存在参考光误差分量和测量光误差分量的额外光路，从而引和了干涉混叠，产生非线性漂移：１／４波片的相位延迟量误差和安装是引入非线性漂移的主要因素，其影响程度是一阶的，提高波片对加工精度，并尽量减少其级数可降低非线性漂移。     

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°。     

晶体相位延迟量的测量

通过2束平面偏振光的合成推导出椭偏测量的基本原理,给出了用标准1/4波片测量晶体相位延迟量的测量原理.在测量时不必知道待测晶体的具体光轴方位,只需调节标准1/4波片、待测晶体的快(慢)轴与起偏方向平行,然后将晶体逆时针转过45°.测量装置采用了步进电机带动检偏器旋转,使用光电探测器采集数据,经计算机处理,根据数据曲线直接读出待测晶体的相位延迟量.该方法可以方便快捷地测量任意相位延迟.     

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。     

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.     

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.     

高精度消色差相位延迟器性能测试研究

基于偏振调制原理，搭建了一套测量菱体型消色差相位延迟器延迟量的实验系统.利用本系统对高精度消色差相位延迟器进行了性能测试，实验结果表明特殊角入射的高精度消色差相位延迟器的设计原理正确，具有良好的消色差性能.对该系统进行误差分析表明系统测量误差小于1%，具有较高的精度，能够满足菱体型相位延迟器性能测试的使用要求，具有实际使用价值. 关键词： 偏振 消色差 延迟器 高精度     

基于电光补偿测量的光相位延迟拓展测量法

在激光电光调制补偿测量光相位延迟量过程中,加入交流调制电压形成倍频接收信号,获得消光的精确定位,能提高测量精确度。通过调制信号形状变化与相关参量之依赖关系,可拓展测量范围,解决在某些点附近无法测量波片相位的"盲区"问题。根据接收到的调制光信号形状变化趋势与待测波片样品方位、延迟量、旋转方向等条件的联系,在待测波片快轴选定后,通过波片旋转影响信号形状变化规律的观测,可敏锐地甄别在半波点或全波长点附近波片的正负偏差特性,从而解决了一般偏振干涉补偿测量相位无法解决的测量盲区问题。不改变测量系统结构也不需添加任何器件,适应于最小延迟偏差≥λ/360的情况。     

BBOⅠ类相位匹配非共线参量产生中的群速自匹配

利用重复频率为1kHz的钛宝石激光的倍频蓝光抽运Ⅰ类相位匹配的偏硼酸钡(BBO)晶体，获得了可见光区的非共线参量超荧光.给出了最强光强处参量超荧光的非共线角，波长随相位匹配角的变化.理论计算了在参量超荧光中三波的群速失配随非共线角和相位匹配角的变化规律.结果表明，Ⅰ类非共线相位匹配的参量超荧光关于抽运光中心对称.并且沿光强最强的参量超荧光方向三波的群速失配最小，有效互作用长度最大，即参量超荧光的强度角分布是三波的相速和群速自匹配的结果.该理论和实验研究为减小飞秒光参量放大中三波的群速失配提供了一个理想的几何模型，为获得高增益、窄脉冲宽度的参量光输出提供了理论依据和实验验证. 关键词： 群速自匹配 参量超荧光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

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。     

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。