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。     

100 kHz弹光调制器多功能调制仿真

针对弹光调制器（photoelastic modulator,PEM）在超高速全偏振领域的测量问题,研究一种目标频率在100 kHz附近的圆型PEM,由弹光晶体和2个方位角相差45°的压电驱动器组成。通过理论计算弹光晶体谐振频率和压电驱动器振动频率,当二者频率达到一致时,PEM工作在谐振状态,此时PEM的调制效率达到最高。当PEM达到谐振状态并趋于稳定后,调节两压电驱动器驱动电压的幅值与相位,实现纯驻波模式和纯行波模式两种特殊调制,纯驻波模式可实现纯电控制下调制快轴的延迟量和方位角;纯行波模式可实现纯电控制下调制快轴以PEM谐振频率的半频速度高速旋转。最后,利用COMSOL有限元仿真模拟两种调制模式下PEM,验证两种调制状态下的PEM振型及其快轴方向,表明PEM可实现多功能弹光调制,为后续偏振测量提供理论支撑。     

弹光调制器准单色光波偏振测量与仿真

弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)互差频调制的新型偏振测量方法,能够同时实现三个斯托克斯光谱偏振参数测量,克服了现有方法的无法用阵列探测器有效采集,调制频率高的缺点,保留了原有弹光调制器偏振测量的优点。文章以光学系统的准单色光的偏振特性以及常用的偏振分析方法为基础,引入了Stokes矢量来表示入射光波的偏振特性。分析了弹光调制器实现偏振测量新方法的原理,利用三个弹光调制器工作在互相差异的频率上,对偏振光进行差频调制,产生载有偏振信息的低频分量,再通过锁相放大即可得到偏振信息,并给出利用MATLAB模拟仿真实现Stokes参量复原的过程。理论分析及仿真结果证明了该方法在理论上的可行性。     

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%。     

弹光调制型成像光谱偏振仪中的高精度偏振信息探测研究

提出了一种基于三弹光调制器的差频偏振调制方法, 并结合声光可调谐滤波技术构成了新型弹光调制型成像光谱偏振探测仪(photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter, PEM-ISP). 介绍了PEM-ISP及三弹光差频偏振调制方法的基本工作原理, 并从PEM-ISP的探测原理出发, 通过分析和计算PEM-ISP的Mueller矩阵, 推导出了相应的偏振测量公式; 通过仿真及实验验证了三弹光差频偏振调制方法的可行性和准确性; 最后分析了探测积分步长、采样间隔的选取对偏振测量的影响, 对入射视场角、相位延迟幅值等因素所带来的测量误差进行了初步分析. 结果表明, 1%的相位延迟量误差带来的线偏振度DoLP误差 <0.6%. 本研究为新型PEM-ISP的遥感探测以及Stokes参量的反演的进一步工程化实现提供了必要的理论依据. 关键词： 偏振调制 三弹光调制器 差频 成像光谱偏振仪     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

基于光弹调制的运动斯塔克效应诊断

电流密度分布是等离子体物理研究的关键分布参数,在托卡马克先进运行模式发展,电流驱动,约束与输运等方面发挥着重要的作用。中性束与等离子体相互作用产生的分裂光谱,包括σ分量与π分量,水平观测时,σ分量的偏振方向垂直于等效电场的方向,π分量的偏振方向平行于等效电场的方向,通过测量分裂光谱的偏振方向可以反演出等离子体电流密度分布。基于光弹调制器的偏振检测系统具有检测精度高、时间响应迅速的独特优点,非常适用于等离子体电流快速变化下的电流密度分布测量。光弹调制器的双折射晶体在周期性外部驱动源的作用下发生弹性形变,其折射率会产生周期性的变化,当偏振光通过时,出射光的偏振特性将相应产生周期性变化,再经过偏振片,形成调制的光强变化。运动斯塔克效应(MSE)诊断的偏振检测系统由两个光弹调制器(PEM)和一个偏振片组成,通过检测不同调制频率的调制强度的比值,从而快速、精确地获得分裂光谱的偏振方向的实时变化,进而得到等离子体电流密度分布。详细介绍了东方超环托卡马克(EAST)装置上的MSE诊断,初步完成了离线测试与标定,参与中性束电流本文驱动物理实验,初步获得了等离子体电流密度分布的信息。     

偶氮材料——乙基橙的光致双折射特性

将偶氮化合物乙基橙样品置于一对正交的偏振片之间，用一束激发光照射该样品，分别测量 在激发光的不同强度和不同偏振方向下探测光的透射功率，研究样品的双折射特性.实验表 明，透射光的饱和值和稳定值与激发光强成正比，且与激发光偏振方向有关，探测光与激发 光振动方向的夹角(θ)为45°时，其值最大；若θ不太小（>10°），sin²2θ 与透射光的饱和值、稳定值成线性关系.同时，利用巴俾涅补偿器对样品的双折射率差进 行了测量，分别得到了绿光激发前后的准确数值为1.11×10^-3和3.57×10 ^-3. 关键词： 偶氮 双折射 测量     

非线性光纤萨尼亚克结构的磁控特性

推导了磁光非线性光纤萨尼亚克结构的传输矩阵,可用于分析光纤的双折射、磁光效应和非线性相移,偏振控制器状态以及整个光纤环总损耗对萨尼亚克透射率的影响。实验研究了萨尼亚克结构磁光调制和非线性光控光开关功能。在0.0177T磁场作用下,磁光调制度可达17.05dB,理论分析与实验数据吻合。当时钟抽运控制信号的峰值功率为28.2dBm时,光控光开关消光比可达25.8dB,进一步施加磁场可使开关消光比提升0.7dB。光控光萨尼亚克结构的磁场响应在一定程度上可以借助偏振控制状态进行等效分析。     

菌紫质同线偏振全息记录时再现光偏振方向对衍射效率的调制

当用相同偏振方向的物光和参考光在菌紫质薄膜上记录光栅时,再现光的偏振方向会影响其衍射效率.采用琼斯矩阵方法对此进行了理论分析,结果显示,再现光的偏振方向对衍射光的光强产生余弦调制;当再现光的偏振方向平行或垂直于记录光的偏振方向时,衍射光仍为线偏振光,其他情况下衍射光均变成椭圆偏振光.再现光偏振方向对衍射效率峰值的调制为正向余弦调制,对衍射效率稳定值的调制为反向余弦调制(与前者在相位上相差π).加入辅助紫光可抑制光栅的饱和,从而使得再现光偏振对衍射效率稳定值的调制由反向余弦调制变为正向余弦调制,并且提高了衍 关键词： 菌紫质 光致各向异性 衍射效率 琼斯矩阵     

旋光-电光晶体的电光调制特性及π-电压

分析旋光-电光晶体的电光相位以及强度调制特性,并定义晶体的π-电压。对于具有旋光性的电光晶体,以往半波电压的概念不能准确描述其电光偏振、强度调制的周期性,因而引入π-电压这一概念,并将其定义为此类晶体的椭圆双折射相位延迟变化量等于π时所需要的调制电压。对于置于两个偏振器之间的旋光-电光晶体强度调制器,旋光性可以为电光强度调制提供光学偏置,但调制光强度是调制电压的偶函数,只有当检偏器的主透光方向平行或垂直于晶体出射线偏振光波的偏振方向时,才能实现完全的电光开关。当将此类晶体用于电光开关时,可定义能够实现完全开关状态转换所需要的最大调制电压为开关电压。通过实验测量了一块尺寸为6 mm×4 mm×2.9 mm的硅酸铋(Bi_(12)SiO_(20))晶体的π/4-电压,对于635 nm的光波长,π/4-电压约为3 kV。对于具有旋光性的弹光调制器,可以引入π-应力和π-应变的概念。     

基于传统分立光学元件的旋光纤测量

采用庞加莱几何表象,从理论上分析了光纤中的线双折射和圆双折射分别对入射光偏振态的调制规律,同时研究了这两种双折射同时存在的低双折射旋光纤的双折射特性.根据理论分析的调制规律,提出了一种基于传统分立光学元件测量旋光纤双折射参量的截断法,可以仅通过消光比的测量和计算获得旋光纤的线双折射和圆双折射参量,进而可以通过线双折射参量近似计算差分群时延,且采用该方法的理论计算值与传统方法的测量值吻合.     

双弹光级联的差频调制型应力双折射测量

针对光学材料、光学元件的快速、高精度应力测试评估需求，提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射测量方案。应力双折射延迟量和快轴方位角信息被加载到差频弹光调制信号中，运用数字锁相技术同时提取弹光调制的差频信号和基频信号，进一步求解出应力双折射延迟量和快轴方位角。对该新方案的原理进行了分析，并搭建了实验系统，对系统初始偏移值进行了实验定标。采用Soleil-Babinet补偿器完成了测量精度和重复性测试，并完成了施加应力样品的应力双折射测试。实验结果表明，该系统的延迟量测量精度为2.3%，延迟量测量重复性为0.032 nm，双折射测量重复性为0.17 nm/cm。此外，单数据点测量时间不超过200 ms。     

自然双折射晶体中热致双折射效应的研究

激光振荡器和激光放大器中激光晶体的热效应对光束特性有着重要的影响,不仅改变了光束的波前,还影响了光束的偏振态。基于激光晶体内的弹光效应,通过对光率体的主轴化,研究了自然双折射晶体中的热致双折射效应。结果表明,弹光效应对自然双折射晶体光率体的影响主要表现为横截面内椭圆主轴的偏转,主轴偏转角度小于0.01°。在激光振荡器和放大器中,一束线偏振激光经过具有热效应的自然双折射晶体之后退偏率小于1.8×10-8,这种条件下热致双折射效应的影响可以忽略,这与光学各项同性晶体完全不同。     

基于弹光调制的双折射测试系统数据处理研究

干涉法和补偿法等双折射测量方法需要转动待测样品或偏振元件,操作不便、测量速度慢、精度有限。提出了一种双弹光调制与上位机组成的双折射系统。由弹光调制来产生调制信号,加载待测样品信息,调制信号采集至上位机中进行数据处理,进一步完成延迟量和快轴方位角求解。对测试方案原理进行分析,重点进行了系统数据处理的上位机设计与实现,完成了软硬件系统搭建。采用1/4波片进行了实验测试,实验结果表明延迟量测量相对误差为2%,快轴方位角测量相对误差为0.4%,延迟量和快轴方位角的标准差分别为0.056nm和0.022°。     

椭圆高双折射光子晶体光纤的双折射及损耗研究

提出了一种椭圆型高双折射光子晶体光纤,并采用多极法分析各结构参量对模式基模模场、双折射、损耗特性的影响.结果表明:改变椭圆型空气孔的椭圆率和包层椭圆率的大小,在波长1 550nm处,该光纤可获得2.26×10-3的双折射,限制损耗为2.8×10-3dB/km,且此时x偏振方向和y偏振方向相差数十倍,有利于光信号偏振传输,可用于制造偏振单模传输的保偏光纤;在1 300~1 500nm的波长范围内,该光纤有稳定的大小为10-6的低损耗.     

利用反馈光路的弹光调制器定标及稳定控制

为了实现弹光调制器（photoelastic modulator,PEM）精确定标和长时间稳定工作,提出了一种利用反馈光路的相位延迟幅值定标及控制方案,理论计算并仿真分析了PEM通光孔径上相位延迟幅值的空间分布。在偏离PEM中心的位置设计了集成化的定标反馈光路;结合倍频项比值的相位延迟幅值定标方法,采用数字锁相技术同时提取反馈光路调制光强信号中倍频项,求解出PEM相位延迟幅值。按照上述方案加工制作了PEM实物,并进行了定标及稳定控制实验。实验结果表明,PEM中心相位延迟幅值的定标值与实测值相对偏差不超过0.22%;利用反馈光路控制约100 min,PEM相位延迟幅值标准偏差为0.001 8 rad,最大偏差低于0.42%,实现了PEM相位延迟幅值精确、实时定标,同时实现了PEM长时间稳定控制。     

线双折射传感光栅中的传输光偏振态分析

 深入研究了线双折射光栅中透射光偏振特性的演变过程。采用耦合模理论和琼斯矩阵分析了传输距离、双折射大小、入射起偏态等因素对透射光偏振特性的影响,并利用邦加球中描绘了偏振态的演变趋势。结果表明：光栅中的线双折射和传输距离会改变传输光的偏振态,偏振态的波长相关曲线会随传输距离和线双折射的增大而不断扩展,入射起偏态的不同并不改变偏振态的拓展趋势。同时,第一斯托克斯参量与偏振相关损耗在峰值波长点上存在对应关系,两者幅值均与线双折射呈单调递增关系,可应用于传感测量。     

偶氮类有机材料光致双折射的测量

研究了2种偶氮聚合物薄膜的光致双折射效应,并探讨了泵浦光偏振态和光强对光致双折射的影响.采用远离共振区的He-Ne光(633nm)作为探测光,用Ar+激光(488nm)作为泵浦光,通过测量相关参量得到了样品的光致双折射值.实验结果表明:改变泵浦光的偏振态可以控制光致双折射值和探测光的透过信号强度,在0°～45°范围内,泵浦光光强存在最佳值,此时偶氮薄膜实验样品具有最大的双折射值.     

光盘盘基应力双折射的研究

从理论和实验讨论了光盘盘基在不同入射角江束通过时所产生的相位延迟值的改变。用起偏器－调制器－补偿器－样品－检偏器结构形式的偏振相位调制方法对玻璃和聚碳酸酯两种材料光盘盘基进行测量，结果表明聚碳酸酯盘基的双折射远大于玻璃盘基的双折射。