北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144
提出了一种基于等效元件和相位补偿法的高精度任意波片相位延迟量和方位角同时测量的方法。在测量光路中的待测波片之前插入一个可旋转半波片，利用反射镜使测量光两次过该半波片和待测波片，相当于测量一个相位延迟量为待测波片两倍的等效波片，可以实现双倍分辨率检测。采用双频激光源和相位检测方式，旋转半波片补偿测量光相位，将测量光相对参考光的相位差变化先后调整为最大值和最小值，由二者之差即可得到任意待测波片的相位延迟量，同时根据最大值或最小值对应的半波片方位角即可确定待测波片的方位角。本方法所测量的波片相位延迟量从原理上避免了一般光强法所受到的光强波动的影响，以及许多方法所受到的双折射器件方位角定位精度的影响。系统采用双频外差干涉光路，具有共光路性质，稳定性高。测量系统结构简单、元件少，测量快捷。此外，由于测量光束两次通过待测波片的同一位置，因此所提方法还可以用于测量楔形结构的双折射器件。现有条件下的误差分析表明，相位延迟量的测量不确定度约为3.3'，快轴方位角的测量不确定度优于5.4''。实验对比结果表明所提方法与其他方法测量结果的一致性很好。
测量 波片测量 相位延迟量 等效元件 相位补偿 双倍分辨率 外差干涉
1 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
照明系统是光刻机的重要组成部分，其主要功能是对激光光束进行扩束、整形和匀光。石英晶体x晶向具有本征双折射特点，以其原理制作的偏振装置可实现对光束偏振态的控制，配合离轴照明，能够进一步提高光刻机照明系统的分辨率和成像质量。受传统石英晶体生长工艺和晶体自范性限制，用于偏振装置的大口径石英波片(＞50 mm)一直是石英晶体研究的难题。本文利用平行定向生长水热工艺，系统调整温度、压力、矿化剂种类和浓度、节流挡板开孔率等参数，成功合成了可用于193 nm波长的高透过率石英单晶，并加工出已知报道的最大尺寸160 mm石英波片坯料。实验过程中使用改进的框架籽晶法淘汰了可遗传腐蚀隧道缺陷，通过优化原料配比进一步降低Al3+、Na+等微量元素含量，控制升温曲线实现籽晶界面晶格匹配，从而淡化籽晶外延区域均匀性差异。对单晶样品进行微量元素含量、内透过率、双折射性能和光学均匀性表征，结果表明，石英晶体微量元素总含量控制在7×10-6以内，内透过率达到99.80%/mm，双折射率差不均匀性低于0.029 7%，140 mm有效通光口径内光学均匀性PV值达到3.9×10-6。
石英晶体 照明系统 深紫外 波片 偏振装置 水热法 quartz crystal illumination system deep ultraviolet waveplate polarization device hydrothermal method
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
波罗棱镜谐振腔激光器具有机械稳定度高、光束质量好的特点。波罗棱镜会使入射光退偏, 调 Q时 1/4λ波片无法有效工作, 需要使用适当的波片补偿。利用琼斯矩阵建立波罗棱镜谐振腔调 Q的数学模型并进行求解计算。分析了不同波罗棱镜方位角下的最优补偿波片并计算了波片公差、波罗棱镜折射率公差、方位角安装公差等对消光比的影响。当波罗棱镜水平放置, 波片相位公差±0.02λ, 关门消光比大于 20dB; 波罗棱镜 45°/135°放置时, 存在四种对应的最优关门波片, 波罗棱镜方位角 0±4.66°的范围内, 关门消光比可大于 30dB。以上结果为波罗棱镜谐振腔调 Q激光器的设计提供更优及更具工程化意义的依据。
波罗棱镜 波片 调 Q激光器 偏振 琼斯矩阵 Porroprism waveplate Q-switchedlaser polarization Jonesmatrix
王爽 1,2,3,4崔志英 2,4冯华君 2,4李克武 1,2,3,4,*王志斌 3,**
1 中北大学 计算机科学与技术学院，太原 030051
2 宁波永新光学股份有限公司，宁波 315040
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原 030051
4 浙江大学 光电科学与工程学院，杭州 310041
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。
弹光调制 差频调制 波片 快轴方位角 延迟量 Photolastic modulation Differential frequency modulation Waveplate Fast axis azimuth Retardation 光子学报
2023, 52(11): 1112002
1 中国科学院 深圳先进技术研究院，广东 深圳 518000
2 深圳市三利谱光电科技股份有限公司 研发中心，广东 深圳 518107
3 河北工业大学 理学院，天津 300401
本文使用理论与实验相结合的方法研究了斜入射下液晶涂布型C-plate（Liquid crystal coated C-plate，LCC）对逆分散1/4波片（Reverse wavelength dispersion quarter wave plate，RQWP）补偿能力的优化特性。使用扩展琼斯矩阵比较了偏振光以任意角度通过RQWP、RQWP+LCC两种架构后出射光的椭圆率，探究了不同相位延迟RTH的LCC对出射光椭圆率的影响；测试了上述两种架构的圆偏光片在OLED（Organic light emitting-diode display）上的环境光反射率以及反射颜色色坐标。结果表明，LCC能够使45°斜入射时出射光的椭圆率提升10%以上，且在红、绿、蓝三色光条件下，调整LCC的RTH可使膜材架构的总折射率系数NZ趋近于0.5，获得最佳效果。使用RQWP+LCC架构的圆偏光片可使45°极角下OLED的环境光反射率降低3%。在工业生产中直接生产NZ=0.5的膜材拥有较高的技术难度，本文结论对开发NZ=0.5的膜材提供了新的可行方案。
斜入射 扩展琼斯矩阵 椭圆率 1/4波片 oblique incidence extended jones matrix method ellipticity quarter wave plate
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
空间调制型偏振检测技术是利用微偏振片阵列、角向或径向偏振片、涡旋波片等器件对光强分布进行空间调制以实现偏振信息测量的一种技术，具有光路结构简单、稳定性好、测量速度快、精度高等优势，在目标探测识别、工业及生化检测等领域具有重要应用。首先，对各种空间调制型Stokes矢量和Mueller矩阵偏振检测技术的工作原理、技术特点进行综述分析；然后，对近年来发展迅速的基于涡旋波片的空间调制型偏振检测技术进行详细阐述，重点对基于涡旋半波片和1/4波片的Stokes偏振仪、基于双涡旋波片的Mueller矩阵偏振仪的工作原理、检测效果和误差校准等内容进行介绍；最后，对空间调制型偏振检测技术的主要发展趋势进行展望。
偏振检测 空间调制 Stokes矢量 Mueller矩阵 涡旋波片 光学学报
2023, 43(17): 1712004
在激光回馈原理的基础上，搭建了一套双折射元件测量系统，双折射元件为光学系统中使用广泛的1/4波片，对其相位延迟进行了测量。为了进一步改善系统的稳定性，对系统中的光源He-Ne激光器引入了温度稳频的方式，尝试通过控制激光器谐振腔的温度来控制谐振腔腔长的改变，使激光器长时间稳定工作在单纵模状态下，这种稳频方式可使He-Ne激光器的频率稳定度达到10-7，符合激光回馈测量的使用要求。最后，同一系统分别采用未稳频和温度稳频两种不同的方式，对1/4波片进行10次相位延迟量的测量，实验结果表明，未经稳频的系统10次重复测量的最大偏差为1.29°，标准差为0.47°，经过温度稳频后10次重复测量最大偏差为0.83°，标准差为0.29°，稳频后，系统的稳定性得到改善。
测量 激光回馈 1/4波片 温度稳频 偏振跳变 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712004
1 中国科学院云南天文台，昆明 650216
2 中国科学院大学，北京 100049
为了精确测量非消色差波片的延迟量与快轴方位角，基于拟合光强法与光谱分析法建立了一套高精度测量系统，实现了特定波长下非消色差波片延迟量在的高精度测量。对波片延迟量的测量方法及误差来源进行了详细的模拟分析。在拟合光强法下，重点仿真了光源光强抖动变化、检偏器初始安装精度、旋转波片定位精度等随机误差与各项系统误差对测量精度的影响，详细分析了拟合光强法不能精确测量波片延迟量为的原因。在光谱分析法下模拟了光源光强抖动变化、光谱的单色精度、检偏器定位精度引入的测量误差。在测量系统的建立中对上述两种测量方法影响较大的误差均进行了抑制，并对探测器的光电响应非线性效应进行了矫正。最后利用该测量系统对标称的波片、波片、波片进行了相关实测并利用非线性最小二乘法对测量数据进行处理，获得了参考波长在632.8 nm的各波片的相位延迟量与快轴方位角。由该测量系统的实测结果可知：本文采用的拟合光强法测量波片、波片延迟量的测量误差小于，测量精度比传统光强测量法高一个数量级以上。对于非消色差波片，在该测量系统下切换终端光强接受设备并采用光谱分析法对其进行测量，测得其延迟量误差小于，远小于拟合光强法的测量误差，克服了光强法无法精确测量波片延迟量为的缺陷。实测结果与模拟仿真相符。
测量 高精度 波片 相位延迟 方位角 误差分析 最小二乘法 Measurement High precision Waveplate Phase retardance Fast-axis position angel Error analysis Least squares fitting
1 东北石油大学 物理与电子工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 哈尔滨工程大学 物理与光电工程学院, 纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨150001
基于二氧化钒（vanadium dioxide, VO2）的相变原理，提出了一种“树叶型”复合超构材料，能够实现带宽可调谐的半波片功能。VO2薄膜为绝缘态时，复合超构材料可以看作是空芯“树叶型”金属结构，能够实现双频带的半波片功能。在1.01~1.17 THz和1.47~1.95 THz 频带范围内能够将y偏振光转换成x偏振光，偏振转换率大于0.9且平均相对带宽为26%。VO2 薄膜为金属态时，实芯“树叶型”金属结构的超构材料在1.13~2.80 THz范围内能够实现反射型的宽频带半波片功能，相对带宽为85%。利用瞬时表面电流分布和电场理论详细地分析了带宽可调谐半波片器件的工作原理。本文所提出的“树叶型”复合超构材料半波片器件在太赫兹成像、传感和偏振探测等领域具有潜在的应用前景。
超构材料 半波片 带宽可调谐 太赫兹 VO2 metamaterial half-wave plate bandwidth-tunable terahertz VO2
