1 山东交通学院理学院，山东 济南 250357
2 曲阜师范大学物理工程学院山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东 曲阜273100
作为波片最重要的技术参数，波片相位延迟量的精确度会直接影响整个偏振光学系统的性能，在有些情况下，使用前需要对其进行精确测量。根据偏振干涉光谱曲线分布特性提出了一种测量波片相位延迟量的方法。此方法是将待测波片置于起偏镜和检偏镜之间，利用分光光度计测量一定范围内光谱透射率曲线，通过精确提取曲线上定值透射率对应波长，利用公式可同时获得待测波片的绝对相位延迟量、有效相位延迟量、波片级次、波片厚度等多个光学参数。理论分析和实验结果表明，该方法适用于具有任意延迟量的晶体零级或多级波片，具有测量精度高、对起偏镜与检偏镜透振方向和待测波片快轴方向调节无严格要求、操作简单的优势。
仪器，测量与计量 相位测量 偏振 波片 光谱技术 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112004
1 山东交通学院理学院, 山东 济南 250357
2 曲阜师范大学物理工程学院 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273100
基于偏光干涉理论, 提出一种宽光谱范围内测量波片相位延迟量和厚度的方法。利用矩阵光学方法分析了光谱透射率曲线与中值透射率直线交点波长之间的关系, 给出待测波片的相位延迟量、波片厚度等多个物理量的计算公式并进行了误差分析。误差分析表明本方法相位延迟量测量最大误差为3.38°, 厚度测量最大误差为0.66μm。实验上利用分光光度计验证了本方法的有效性。本方法能够实现波片多物理量的同时测量, 且调节过程对于起偏器、检偏器透光轴方向及待测波片快轴方向无严苛要求, 测量过程对波片也无损伤和污染, 在波片加工、使用前质量评估等方面都具有一定的应用价值。
相位延迟量 透射率 波片 偏光干涉 phase retardation transmission wave plate polarization interference
曲阜师范大学物理工程学院, 山东省激光偏光技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
基于理论、 实验和仿真相结合的方式, 着重研究了金属/介质(MD)薄膜中声子热辐射的空间特性和各向异性。 声子是由于晶格振动产生的元激发, 是物质的内在属性。 尽管声子不易调控, 但是声子与其他光学激发的耦合会产生奇异的光学现象。 特别是红外到太赫兹范围内的光子与极性介质中的声子强耦合产生表面声子激元(SPhP)。 SPhP具有强局域、 低损耗等特点, 与等离子体(plasmon polaritons)形成互补, 使得深亚波长光学成为可能。 为了进一步了解声子吸收的内在理论基础, 首先通过黄昆方程和超晶格连续介电模型在理论上分析了声子吸收。 实验上, 主要以SiO2声子作为研究对象, 利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法, 分别在Si/Al(150 nm)薄膜和Si衬底上制备出500 nm厚的SiO2薄膜。 基于傅里叶红外光谱仪(FTIR), 在垂直入射下得到热辐射光谱, 通过热辐射光谱分析, 并结合由时域有限差分算法(finite-difference time-domain, FDTD)计算得出的仿真光谱图, 对比了MD薄膜结构和非MD薄膜结构中声子的热辐射, 发现MD薄膜结构更能够有利于声子和SPhP的激发。 根据Berreman效应, 纵光学波(LO)声子只在倾斜入射时产生。 光谱线没有呈现洛伦兹线型, 因此, 虽然LO声子在垂直入射时测得的热辐射图中不辐射, 但同样影响横光学波(TO)声子辐射谱的线型。 另外, 利用FTIR对金属(Si/Al)/介质(SiO2薄膜)进行热辐射转角测试, 对热辐射转角图分析证明, Si/Al/SiO2薄膜中SiO2声子遵循LST(lyddano-sachs-teller)关系, 纵横声子成对出现, 且两种声子的空间辐射特性不同。 改变偏振, 发现在S偏振和P偏振下, 声子热辐射呈现不同的模式, 体现出声子的空间各向异性。 并且, 声子与光子耦合可以激发SPhP, 反过来, SPhP可以增强声子的吸收。 基于MD结构, 能够激发并调控SPhP和声子辐射行为, 为红外器件的实现奠定了基础。
表面声子激元 热辐射 偏振 Surface phonon polaritons Thermal radiation Polarization SiO2 SiO2 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2404
曲阜师范大学 激光研究所 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜 273165
为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点, 解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题, 采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法, 分析了系统的结构原理, 采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度, 得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果, 分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系, 并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明, 由于SPBS结构简单, 不需要多个单元组合, 所以不存在装调误差, 并且大幅度降低了加工误差。
物理光学 偏光棱镜 偏光干涉 单平行偏振分束器 physical optics polarizer polarization interference single parallel beam splitter
1 曲阜师范大学 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 曲阜 273165
2 曲阜师范大学 物理工程学院, 曲阜 273165
为了实现低成本、高精度的折射率测量,采用飞秒激光微加工技术, 制备出基于U形微结构的多模光纤液体折射率传感器。研究了传感器的通光功率变化值与U形槽深度以及U形槽内液体折射率的关系, 同时探究了在相同光损耗情况下不同烧蚀长度对灵敏度的影响, 并使用射线理论和模式理论对传感机理进行了分析。结果表明, 该传感器在折射率1.3331~1.3731范围内具有良好的线性响应, 且可以做到5700μW/RIU的灵敏度; 同时在10dB损耗情况下20μm烧蚀长度具有较好的灵敏度。该传感器具有结构简单、容易制备、灵敏度高和低成本等优点, 在化学、生物、医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。
传感器技术 飞秒激光 光纤传感器 U形微结构 折射率 sensor technique femtosecond laser fiber optic sensor U-shaped microstructure refractive index
为了研究Rochon棱镜反向使用消光比特性, 采用分析棱镜胶合剂中光弹效应的方法, 对Rochon棱镜正、反向使用时消光比进行了分析, 并设计了实验, 从理论和实验上对平行光反向通过Rochon棱镜时消光比下降的原因进行了研究。结果表明, 当平行光正向通过Rochon棱镜时, 消光比为1.14×10-5; 反向通过时, 消光比为2.93×10-3;反向通过加上λ/4波片后, 消光比为5.72×10-5; 准直光束反向通过Rochon棱镜时, 由于胶合剂中的光弹效应的存在, 使得传播方向不改变的一束光的消光比下降, 验证了理论分析的正确性。该结果可为Rochon棱镜的设计制作和正确使用提供必要的参考。
物理光学 偏振光学 Rochon棱镜 消光比 光弹效应 physical optics polarization optics Rochon prism extinction ratio photoelastic effect
曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
利用热膨胀系数张量推导出光学方解石晶体(OCC)的任意方向热膨胀系数的表达式，确定了晶体的零膨胀方向；推导出晶体任意方向双折射率的温度变化量的表达式，并给出晶体中任意方向光程差随温度的变化关系。结果表明，对应方位角为65.35°或114.65°的方向是OCC的零膨胀方向；温度对晶体中光程差的影响随方位角的变化而变化，在垂直于晶体光轴的方向这种影响最大。
物理光学 温度特性 光学方解石晶体 光程差 相位差
曲阜师范大学激光研究所, 山东 曲阜 273165
为了了解有色冰洲石晶体经热处理退色后光学性能的变化，实验探索了黄色及紫色晶体的退色条件。采取同一块有色晶体分为两个部分，再将退色与未退色的两部分一起抛光制作样品，设计实验对样品的透射比、消光比和主折射率进行了测试。结果表明：黄色与紫色冰洲石晶体的退色温度分别为405 ℃和485 ℃(恒温4 h)。退色后，晶体的消光比与主折射率没有变化，深黄色、轻黄色和紫色冰洲石晶体的透射光谱向紫外都有较大的拓展，尤其是深黄色晶体，不但透射范围向紫外延伸了约130 nm，而且400~600 nm 波段内透射比有了较大的提高。由此可见，退色后有色冰洲石晶体达到了光学级晶体的光学性能。将有色冰洲石晶体进行退色利用，对于有效利用冰洲石晶体天然资源具有重要意义。
材料 有色冰洲石 退色 透射比 消光比 主折射率
曲阜师范大学激光研究所, 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜273165
提出一种精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法。 利用光学矩阵方法对测量原理进行了分析, 指出通过测量由两个平行放置的偏光镜和石英晶体所组成系统的透射曲线就可以精确计算出石英晶体的旋光率； 并利用分光光度计设计实验, 验证了该方法的正确性。 对实验数据进行了处理, 拟合出了旋光色散方程, 对比Lowry的公式, 所得出的公式在可见光范围内的更为精准。 对实验数据进行了误差分析, 结果表明: 选取厚的石英晶体, 长的测量波段、 低的扫描速度、 小的狭缝宽度都有利于提高测量精度。
光谱学 光谱分析法 旋光色散方程 旋光晶体 旋光率 厚度误差 Spectroscopy Spectral analysis method Rotary dispersion formula Rotary crystal Specific rotation Thickness errors 光谱学与光谱分析
2012, 32(10): 2615
山东省激光偏光与信息技术重点实验室， 曲阜师范大学激光研究所， 山东 曲阜273165
为了对石英晶体在通讯波段1 310 nm处的双折射率进行精密测量， 基于椭偏光谱仪对P和S两方向上偏振光相位差的精密测量原理， 在透射模式下， 通过对琼斯矩阵的分析， 设计了一种精密测量晶体双折射率的方法， 并在室温（22 ℃）下对通讯波段1 310 nm处石英晶体的双折射率进行了精密测量， 测量结果和对误差的分析显示， 此方法给出的双折射率测量值的精度高达10-6量级， 为目前可查阅的最高精度， 对于提高石英晶体相位延迟器件的设计精度具有重要的意义。
晶体光学 双折射率 椭偏光谱仪 石英 Crystal optics Birefringence Spectroscopic ellipsometer Quartz 1 310 nm 1 310 nm 光谱学与光谱分析
2012, 32(4): 1142
