基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的应力测量

光学元件在红外波段的应力-光学常数是众多光学系统关心的问题之一.本文提出一种基于1556.16 nm掺铒光纤激光频率分裂效应的光学玻璃内应力致双折射测量方法.选择平面介质膜腔镜和光纤光栅(FBG)构成线形半开放式谐振腔,并分析了光纤自身弯曲引入谐振腔内的双折射.将待测光学玻璃附带力传感结构放置在谐振腔内,结合Jones矩阵传递方程得到了外载荷所致双折射与空腔双折射的叠加模型.对光学玻璃的载荷从0逐级递加到20 N,内腔的频率分裂量增加,根据双折射叠加模型和频率分裂原理解出应力与频率分裂量的对应关系,且该结果可溯源到基本物理量—波长.实验结果表明,系统灵敏度为22060 Pa/nm,线性度为99.44%,可广泛应用于红外波段的光学元件双折射精确测量.     

声弹法测量圆板平面应力分布

利用声弹效应和声双折射效应,通过测量圆板试件在径向加载下平面各点声波沿厚度方向传播的纵波、编振方向正交的两个横波声速来确定各点主应力和主应力差,并导出相应的计算应力公式,测量结果与理论值基本相符,并和光弹法结果作了间接比较——根据计算应力公式绘出了应力差等值线和光弹法测量结果比较,表明二者应力差分布规律基本一致.     

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。     

超声双折射法测试铝合金的内部应力

声各向同性的金属材料在应力作用下表现出声各向异性,这是用声弹性法分析材料内部应力的基础。本文用偏振方向平行或垂直于应力方向的超声纯横波对LY11型铝合金进行测试。实验结果表明:材料在拉、压单轴应力作用下,偏振方向平行和垂直于应力方向的超声纯横波的声速都发生了变化。实验在分析材料声各向异性的基础上计算材料声弹性双折射系数,得到测试LY11型铝合金内部应力的理论公式,并对其内部的残余应力进行评估。实验中利用双换能器回振法测量声速,时间测试精确度可达10^-11s,可精确测量声速的微小变化量。     

微孔光纤双折射的研究

采用有限元方法对新型微孔光纤的熊猫与微孔熊猫型微孔光纤双折射给出计算和特性分析，并着重介绍微孔光纤应力双折射和几何双折射的理论与实验研究的最新成果。     

一种基于偏振态检测技术的单模光纤应力双折射测量法

针对光纤应力双折射理论与实际应用存在的差异,提出了一种简单而实用的基于偏振态检测技术的光纤应力双折射测量的方案,并用实验结果证明了其有效性.     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

基于光干涉法的光学玻璃应力测量方法研究

以平板理论为基础,利用牛顿环应力变形导致干涉图样的微小变化,提出一种基于光干涉法测量玻璃体应力的无损测量方法。理论推导出牛顿环曲率半径与应力之间的变换关系,利用自行设计的可安装在牛顿环仪上的施压装置,实验研究了施加应力与干涉图样的变换关系,通过理论分析与实验比较,证明了用牛顿环干涉法测量应力的可行性。利用该装置及方法对光学玻璃试样的应力进行测量,测量结果与实际施加的应力进行比较,误差最小为0.8%。     

基于移相法的光学玻璃应力等倾角全场数字化测量

提出了一种用四步移相法实现光学玻璃应力等倾角全场数字化测量的方法。用数码相机拍摄椭圆偏振光场转过不同角度时的四幅出射光强图像,根据移相法的原理计算出在0°～90°范围内的等倾角β。通过对具有典型应力分布的光学玻璃进行实验验证表明,计算结果与实际情况相符。     

圆芯边孔光纤的应力区和双折射

报道了圆芯边孔光纤(CSF)中应力分布和双折射的研究结果。用有限元法建立了求解圆芯边孔光纤横截面应力和双折射的计算模型,分析了圆芯边孔光纤横截面应力和应力双折射的分布形态,给出了详尽的物理解释。计算结果表明圆芯边孔光纤的横截面上出现应力分量的拉应力区和压应力区,应力区在纤芯附近对称分布,且不同应力区中应力双折射取向不同。应力分量和应力双折射在圆芯边孔光纤横截面上积分为零。圆芯边孔光纤的几何双折射随波长增加而增大,短波长处几何双折射为零,模式双折射等于应力双折射,随着波长增加,模式双折射逐渐偏离纤芯中心处应力双折射而靠近几何双折射,到长波长处模式双折射主要是几何双折射。对于不同材料组成和结构尺寸的圆芯边孔光纤,模式双折射的数值在10-5量级,随波长增加模式双折射先减小后增加。     

磁场中双折射光纤的琼斯矩阵等效模型

采用延迟器与旋光器的串联模型, 研究磁场中双折射光纤的偏振传输特性, 将它们的琼斯矩阵按照两种不同的顺序级联相乘, 导出了两种等效模型中等效相位延迟量、等效快轴方向和等效旋光角的解析表达式。研究发现, 当光纤同时具有线双折射和圆双折射时, 单位长度的等效相位延迟量并不等于其固有的线双折射, 等效旋光角也不等于其法拉第旋转角, 它们同时都与光纤的固有线双折射和磁场引起的圆双折射相关联。且在不同级联顺序的两种等效模型中, 等效相位延迟器的快轴方向都不与光纤的双折射主轴重合, 而是分别向两个相反的方向偏移一定的角度, 偏移角为等效旋光角的一半。     

Measurement of linear birefringence using a rotating-wave-plate Stokes polarimeter

In this study, a compact polarimeter is developed to measure the linear birefringence property of optical materials. The principal axis angle and the retardance are obtained by a simple signal-processing algorithm, which is derived via Stokes parameters extractions when using an incident light linearly polarized at 45°. There exists an absolute error of 0.0296° on average in the principal axis angle measurement and a relative error of 2.54% in the retardance measurement of a quarter-wave-plate sample with its principal axis ranging from −40° to 40°. The standard deviations for the principal axis angle and retardance measurements are determined to be 0.015° and 0.018°, respectively, while one standard deviation to the average value of the principal axis angle and retardance, respectively, are just 0.066% and 0.020% with high repeatability, and corresponding dynamic ranges of −45° to 45° and −180° to 180°, respectively. Consequently, the developed polarimeter has a potential in linear birefringence measurement, especially in the retardance measurement.     

高双折射光纤环镜改善40 GHz光时钟消光比的研究

时钟信号的好坏在同步、解复用和光判决中起着决定性的作用,双折射光纤环镜具有灵活可调的滤波特性,光时钟信号通过双折射环形镜可以使其消光比得到改善,从而提高时钟信号的质量。为此提出了利用高双折射光纤环形镜提高光时钟信号消光比的方案,数值上模拟了环形镜透射谱随双折射器件偏振延时量(Δt)、偏振控制器快慢轴角度以及偏振控制器所引入光程差的变化而变化的情况,并理论分析了消光比不理想的时钟信号经过环形镜后的光谱形式。用法布里-珀罗滤波器提取的40 GHz时钟信号进行实验,时钟经过环形镜后消光比改善了13 dB,实验结果和理论模拟得到了很好的匹配。     

The Local-Sampling Phase Shifting Technique for Precise Two-Dimensional Birefringence Measurement

A precise method for measurement of two-dimensional birefringence distribution is described and discussed. This method can determine the relative retardation and the azimuthal angle of the fast axis in an optical component. In order to detect relative retardation with high resolution, a local-sampling phase shifting technique is proposed. This method can measure 256 × 256 values of the birefringent phase difference and azimuthal angle in a short time with ± 0.02 deg (0.03 nm) of retardation accuracy.     

光波导覆层热膨胀系数对应力双折射影响的分析

用有限元方法计算了硅基光波导器件的应力，得到由应力引起的双折射，从理论上分析了内应力对器件偏振特性的影响。得出结论：硅基与其它层材料热膨胀系数的不同，是引起芯区双折射的主要因素，通过掺杂、调整覆层的热膨胀系数，可以得到双折射系数较小的光波导。     

The new circular heterodyne interferometer with electro-optic modulation for measurement of the optical linear birefringence

We present a new circular heterodyne interferometer with electro-optic modulation for measurement of the optical linear birefringence. It enables the measurement of not only the phase retardation but also the principal angle. The measurement procedure is carried out in two steps. In the first step of measurements, we use the electro-optic modulated circular heterodyne interferometer and the phase-lock technique to precisely measure the principal axis angle. After rotating the analyzer in the setup, the phase retardation is determined also by the phase-lock technique. The compact configuration requires only a photodetector and two simple phase-lock extractions to determine the principal axis angle and the phase retardation. The validity of the proposed design is demonstrated by measurement of the principal axis angle and phase retardation of a quarter-wave plate sample. The root-mean-square resolutions for the principal axis angle and phase retardation are found to be 0.0396° and 0.0796°, respectively, with corresponding dynamic ranges of 0–180° and 0–180°.     

K9玻璃低压下的双折射效应研究

研究K9玻璃在低压下的双折射效应,测量它的双折射率及其梯度。结果表明,当K9玻璃用作天文透镜材料时,应充分考虑其自重引起的对透镜光学性能的影响。     

Three-dimensional optic axis determination using variable-incidence-angle polarization-optical coherence tomography

Polarization optical coherence tomography (PSOCT) is a powerful technique to nondestructively map the retardance and fast-axis orientation of birefringent biological tissues. Previous studies have concentrated on the case where the optic axis lies on the plane of the surface. We describe a method to determine the polar angle of the optic axis of a uniaxial birefringent tissue by making PSOCT measurements with a number of incident illumination directions. The method is validated on equine flexor tendon, yielding a variability of 4% for the true birefringence and 3% for the polar angle. We use the method to map the polar angle of fibers in the transitional region of equine cartilage.