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 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 浙江大学 光电科学与工程学院，浙江杭州3004
2 宁波永新光学股份有限公司，浙江宁波315040
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西太原00051
为了实现对光学材料、光学元件的快速、高精度应力双折射测试评估分析，本文提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射二维分布测量方案。将两个工作在不同频率的弹光调制器级联，构成偏振测量装置。光学材料和元件的应力双折射延迟量和快轴方位角参数，被加载到偏振测量装置的调制信号中；采用数字锁相技术，提取调制信号的基频项和差频项，然后完成应力双折射延迟量和快轴方位角两个参数求解；按照原理分析，研制了测试系统，并完成了系统初始偏移值定标；采用波片进行了测量精度和重复性测试，并完成了BK7玻璃样品的应力双折射分布测量实验。实验结果表明，该系统的快轴测量重复性为0.01°，双折射延迟量测量重复性为0.02 nm，单数据点测量时间小于200 ms。本文方案实现了高速、高精度和高重复度的应力双折射测量，同时具备应力双折射二维分布测量能力，可为波片、玻璃或晶体等光学材料双折射测量分析和评估提供有效手段。
弹光调制 差频调制 应力双折射 延迟量 快轴方位角 photoelastic modulation difference frequency modulation stress birefringence retardance fast axis azimuth 光学 精密工程
2023, 31(18): 2647
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 北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144
2 北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081
波片精度对偏振光学系统性能有着重要的影响，故需要对其相位延迟量和快轴方位角进行高精度测量。提出了一种新型基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量方法，采用双频激光外差干涉光路，利用一个可旋转半波片和一个角锥反射棱镜测量待测波片，可实现任意波片的相位延迟量和快轴方位角的高精度同时测量。所提方法不受波片、偏振片等双折射器件的方位角精度的影响，从原理上避免了该类系统误差。所设计的系统具有共光路结构，测量稳定性高，信号处理采用相位检测方式相对于一般的光强检测方式测量精度更高。此外，所设计的测量系统中元件很少，结构简单，测量过程快捷。误差分析表明，在现有实验条件下，测量系统的波片相位延迟量的测量不确定度约为3.9'，快轴方位角的测量不确定度约为5''。实验比对结果表明，所提方法的测量结果与其他方法测量结果的一致性很好。重复性测量实验表明，测量结果的标准偏差约为2'。
测量 波片测量 相位延迟量 快轴方位角 双频激光干涉 相位检测
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，北京 100049
提出了一种利用径向偏振光同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的方法。水平线偏振光通过涡旋半波片后生成径向偏振光，然后用径向偏振光照射被测波片。由于径向偏振光具有空间非均匀分布的偏振特性，对单次检偏后采集的光强分布依次进行Radon变换和最小二乘拟合，可得到强度调制曲线。最后对强度调制曲线进行傅里叶分析，就可计算得到被测波片的相位延迟量和快轴方位角。实验结果表明，当波片的快轴与水平方向的夹角为45°时，消色差1/4波片和808 nm零级1/4波片的相位延迟量和快轴方位角的测量标准差小于0.03°。该方法测量装置简单，测量过程无需转动器件，测量快速方便且测量精度高。
测量 相位延迟量 快轴方位角 径向偏振光 波片 中国激光
2022, 49(17): 1704006
王金伟 1,2,3,*李克武 1,2,3景宁 1,2,3罗欣玮 1,2,3王志斌 2,3
1 中北大学 信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
2 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
3 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
为了能够快速精确地测量波片相位延迟量和快轴方位角, 实现测量系统的集成化和自动化, 设计了基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的波片测量系统。采用弹光调制器对检测激光进行调制, 运用基于FPGA的数字锁相技术提取调制信号的一、二倍频项, 利用优化算法解调出波片相位延迟量和快轴方位角, 步进电机带动波片转动使快轴到达零度位置, 相位延迟量由LCD显示出来。搭建了实验系统, 并对1/4波片进行了测量。实验结果表明: 该系统对1/4波片快轴方位角的测量精度优于0.31°, 相位延迟量的测量精度和重复度分别优于99.47%和0.14°。测量系统的弹光调制器驱动信号、电机驱动信号、数据运算都由FPGA控制,实现了光机电一体化。
弹光调制 数字锁相 波片 快轴方位角 相位延迟量 photo-elastic modulation digital phase-locked wave plate azimuth angle of fast axis phase retardation 红外与激光工程
2019, 48(2): 0217002
华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
基于Mueller矩阵和斯托克斯矢量的测量原理及方法,实现了对波片相位延迟量和快轴方位角的快速同时测量。激光通过偏振片和标准1/4波片后产生标准的右旋圆偏振光入射待测波片,用斯托克斯测量仪记录通过样品后激光的斯托克斯矢量,同时得到待测波片的相位延迟量和快轴方位角;分析了标准1/4波片的参数误差及系统稳定性对测量结果的影响。利用该实验系统测量得到的波片相位延迟量和快轴方位角的平均标准差分别为±0.05°和±0.03°,同时,得到了云母波片及石英波片的参数与温度的实验关系。所提方法具有测量过程简单、精确度高及可以对未知各向异性材料相位延迟量及其等效快轴方位角进行实时测量等特点。
测量 相位延迟量 快轴方位角 波片 斯托克斯矢量 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021202
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049
3 Shanghai Hengyi Optics and Fine Mechanics Co., Ltd, Shanghai 201800
A method for rapid measuring retardation of a quarter-wave plate based on simultaneous phase shifting technique is presented. The simultaneous phase shifting function is realized by an orthogonal grating, a diaphragm, an analyzer array, and a 4-quadrant detector. The intensities of the light beams from the four analyzers with different azimuths are measured simultaneously. The retardation of the quarter-wave plate is obtained through the four light intensity values. In this method, the major axis position of the quarter-wave plate need not be determined in advance. In addition, the measured result is free of the intensity fluctuation of light source. The feasibility of the method is verified by the experiments.
偏振 1/4波片 快轴方位角 同步移相 120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 260.5430 Polarization 260.1440 Birefringence 050.5080 Phase shift Chinese Optics Letters
2008, 6(9): 673
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049
3 Shanghai Hengyi Optics and Fine Mechanics Co., Ltd., Shanghai 201800
Real-time measurement of the fast axis angle of a quarter-wave plate based on simultaneous phase shifting technique is presented. The simultaneous phase shifting function is realized by an orthogonal grating, a diaphragm, an analyzer array, and a 4-quadrant detector. The intensities of the light beams from the four analyzers with different azimuths are measured simultaneously. The fast axis angle of the quarter-wave plate is obtained through the four light intensity values. In this method, rotating elements are not required, so real-time measurement is achieved.
偏振 1/4波片 快轴方位角 同步移相 120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 260.5430 Polarization 260.1440 Birefringence 050.5080 Phase shift Chinese Optics Letters
2008, 6(8): 568
