1 曲阜师范大学物理工程学院，山东 曲阜273165
2 山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东 曲阜273165
针对现有光弹调制器定标方法受探测器频率响应的局限性，提出一种新的光弹调制器相位调制幅值（Am）定标方法。利用起偏器、光弹调制器、波片，以及检偏器构建定标光路，利用Am=5.136 rad的二次谐波分量零值点作为定标辅助点，将待定标点与定标辅助点间的一阶贝塞尔函数比值作为定标函数，通过测量待定标点与定标辅助点的一次谐波分量比值反推出待定标点的真实相位延迟量幅值。该方法排除了由探测系统频率响应特性带来的定标偏差，并且可以对光弹调制器整个工作区间的相位延迟量幅值进行定标。该方法操作简单、系统鲁棒性强、定标范围广。
光弹调制器 定标 贝塞尔函数 峰值延迟量
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 中北大学 电气与控制工程学院，山西 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院，山西 太原 030051
3 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测，采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联，构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数，被加载到偏振测量系统调制信号中；利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值，然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理，并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明，该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°，应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm，高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测，并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量，可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。
应力缺陷 弹光调制 快轴方位角 延迟量 stress defect photoelastic modulation fast axis azimuth retardation
江苏和成显示科技有限公司，江苏 南京 210014
聚合物稳定VA（PSVA）液晶显示模式具有优异的光电性能。为进一步提升PSVA显示模式的透过率，在液晶中加入手性剂，形成手性掺杂聚合物稳定VA（C-PSVA）液晶显示模式。本文对C-PSVA显示模式的最优参数及实际显示效果进行研究。首先，建立模型对C-PSVA显示模式的光电特性及液晶分布进行模拟，分析了手性剂的加入对液晶排列产生的影响，对C-PSVA的显示原理进行分析。其次，研究了C-PSVA显示模式的延迟量、偏光片角度、手性剂比例对透过率提升的影响。最后，按照模拟结果配制液晶，制作C-PSVA样品，进行实际效果验证。结果表明，C-PSVA显示模拟的透过率较PSVA显示模式有明显提升，C-PSVA显示模式最佳延迟量约为460 nm，最优手性剂含量对应螺距值为4倍的盒厚。实测结果显示，与PSVA显示模式相比，C-PSVA显示模式透过率约有13%的提升。
聚合物稳定 手性剂 透过率 最佳延迟量 polymer stability chiral monomer transmittance optimal retardation 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
武汉理工大学 理学院 物理系, 武汉 430070
为了设计制造新型的位相延迟器, 利用1维光子晶体的特性, 在折射率为1.52的玻璃上, 镀制了由硫化锌(ZnS)与冰晶石(Na3AlF6)构成的多周期二次元一维光子晶体,进行了数值模拟计算及理论分析。结果表明, 在带隙范围内, 1维光子晶体的等效折射率是虚等效折射率;在斜入射时, 带隙内的p光和s光的反射光各自位相增加, 出现位相延迟, 其偏振态发生改变, 由线偏振光变为椭圆(圆)偏振光;在发生全反射时, 光疏媒质的等效折射率是虚等效折射率;反射光出现位相增加, 产生位相延迟, 其偏振态发生改变, 由线偏振光变为椭圆(圆)偏振光。该延迟器可以改变光的传播方向, 改变偏振态的位相, 克服了薄膜λ/4波片的缺陷。
物理光学 位相延迟器 全反射 虚折射率 光子晶体 带隙 physical optics phase retardation total reflection imaginary refractive index photonic crystal band gap
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 白俄罗斯共和国开放式股份公司“精密电子机械制造设计局-光学机械设备”，白俄罗斯明斯克 220033
石英晶体是一种重要的双折射材料，广泛应用于光学相关领域。石英晶体在宽光谱下的参数测量通常使用椭圆偏振法，但现有的椭偏测量仪器往往假定晶体的光轴与测量光路对准，从而引入测量误差，这一问题在紫外波段尤为显著。为此提出了一种采用椭圆偏振法精确测量石英晶体参数的穆勒矩阵模型，运用坐标变换和Berreman 4×4矩阵理论建立石英晶体参数与穆勒矩阵的关联，通过拟合计算可以得到晶体的厚度、光轴欧拉角和相位延迟量。实验结果显示，拟合得到的穆勒矩阵与测量结果高度一致，模型拟合的均方根误差<5，拟合厚度的相对误差<1%，拟合的欧拉角与测量结果吻合。该模型包含的信息丰富，拟合准确，对椭圆偏振法测量各向异性材料的精确参数具有重要参考价值。
测量 椭偏技术 石英晶体 介电张量 相位延迟量 欧拉角 中国激光
2023, 50(14): 1404006
1 中北大学 仪器与电子学院, 山西 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院, 山西 太原 030051
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
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°。
双折射 弹光调制 上位机设计 延迟量 快轴方位角 birefringence photoelastic modulation PC design retardation fast axis azimuth angle
1 中北大学电气与控制工程学院，山西 太原 030051
2 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
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。
测量 应用光学 弹光调制 应力双折射 延迟量
